催化臭氧-絮凝联用深度处理焦化废水生化尾水的研究

【摘要】：焦化废水经过生物处理后,残留的化学需氧量往往在100 mg/L～300 mg/L之间,不能达标排放。面对愈加严格的焦化行业污染物排放标准,必须寻求高效、彻底、经济的深度处理工艺解决焦化废水生化尾水无法达标排放问题。本研究首先采用自主设计的分体式流化床反应器结合催化臭氧-絮凝联用工艺,考察了催化剂用量、臭氧投加量、废水初始p H和絮凝剂投加量对联用工艺处理效果的影响,并且在最佳工艺条件下探究催化臭氧-絮凝联用工艺处理实际废水的效果。结果显示,在30%体积比的催化剂投加量、3 L/min的臭氧流量以及700 ppm的絮凝剂投加量的最优条件下,出水各项指标分别为:COD为33.1 mg/L,去除率为83.7%;TOC为30.9 mg/L,去除率为72.3%;NH_3-N为9.5 mg/L,去除率为70.1%;TN为45.1 mg/L,去除率为16.2%;TP为0.015 mg/L,去除率为99.6%。除总氮外,其它各项指标均已低于《GB16171-2012炼焦化学工业污染物排放标准》中新建企业水污染物直接排放浓度限值。通过紫外-可见光吸收光谱、三维荧光光谱和电喷雾傅里叶变换离子回旋共振质谱对联用工艺处理过程中各阶段水样DOM进行表征。结果表明,焦化废水生化尾水中存在单环芳香族化合物、多环芳烃以及杂环化合物,荧光有机物组分为色氨酸蛋白类物质、微生物代谢类物质、类富里酸物质和类腐殖质物质。木质素或含羧基的脂肪族类和芳香烃类物质是原水DOM中的主要的生物化学组分,两类组分占比92.8%,CHOS类物质在各个阶段废水中有较高的占比。经过联用工艺处理后,废水中大分子物质被转化降解为小分子物质,废水的芳香度显著减小,腐殖化程度逐渐降低。CHO和CHOS类物质在处理过程中具有较高的留存率。通过超滤法以及更为直观的Van Krevelen图和KMD图深入到分子层面,对联用工艺处理过程中废水DOM的元素组成、分子结构和去除转化规律进行更为详细的分析。结果表明,催化臭氧化过程主要去除含羧基基团数量较少、氧化程度较低的木质素或含羧基的脂肪族类和芳香烃类物质,保留和生成含羧基基团数量较高、氧化程度较高的脂类、脂肪族或蛋白类、木质素或含羧基的脂肪族类、芳香烃类以及单宁酸类物质。絮凝过程更容易去除含羧基基团数量较高、氧化程度较高木质素或含羧基的脂肪族类、芳香烃类和单宁酸类物质,保留和生成含羧基基团数量较少、氧化程度较低的脂类、脂肪族或蛋白类、木质素或含羧基的脂肪族类和芳香烃类物质。催化臭氧化工艺与絮凝工艺在去除物质组分方面实现互补,二者的联用实现了焦化废水生化尾水DOM的有效去除。