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焦化废水处理过程苯系物、苯胺类、重金属污染物的存在及去除特性分析

刁春鹏  
【摘要】:焦化废水是一种典型的有机工业废水,其原水不仅含有大量的难降解有机污染物,如苯系物、多环芳烃、多氯联苯等,还含有重金属、SCN-、CN-等无机组分。焦化废水处理技术基本上以COD、NH3-N、SS、油类等常规指标来衡量其处理。但是,焦化废水经过处理后,其排放的环境效应已经不能单纯用这些传统的常规指标衡量,那些含量低、毒性大的污染物更应该引起环境工作者的关注。最新颁布并且已经实施的《炼焦化学工业污染物排放标准》中将苯、多环芳烃等POPs列入了控制排放名单。而如果要控制焦化废水中这些高毒性污染物的排放,首先要明确这些污染物在焦化废水处理过程的去除特征,这对于进一步研究控制高毒性污染物的处理技术具有重要的参考价值。 参照我国优先控制污染物名单,本课题分别选择6种苯系物(BTEX)、19种苯胺类污染物(Anilines)和8种重金属作为焦化废水中高毒性非极性有机污染物、极性有机污染物和无机污染物的代表,以焦化废水三相生物流化床A/O/O和A/O/H/O工艺处理工程为平台,利用气相色谱(Gas Chromatography)、气相色谱-质谱(Gas Chromatography-Mass Spectrometry)和原子吸收(AtomicAdsorption Spectrometry)对工程处理过程中水相和污泥相中的3类典型污染物进行分析,研究了典型污染物在焦化废水处理过程中的去除特征。 焦化废水中6种苯系物的含量为15.9-257μg.L~(-1),其中苯为苯系物中含量最高物种,两期焦化废水中的苯系物各化合物含量比例类似。作为焦化废水中非极性有机污染物的代表,苯系物经过三相生物流化床A/O/O和A/O/H/O工艺处理后,去除率均在86.5%以上。苯的去除率为苯系物中最低者,在两种工艺中的去除率分别为86.5%和88.4%,二甲苯的去除率最高,证明支链的存在有利于苯系物的去除。在工艺过程中,苯系物的主要去除阶段为好氧工艺段,缺氧或者厌氧条件下,生物工艺段对苯系物去除能力有限。焦化废水出水中仍然存在6种苯系物,其浓度为0.581-21.1μg.L~(-1),但是其含量远低于新颁布的排放标准。研究发现,苯系物的去除是两个因素共同作用的结果,即是生物降解与污泥吸附。由于污泥的良好吸附作用,苯系物在污泥相和水相间的分配系数Kd较高,甚至可以高达2000以上,而且Kd与辛醇水系数Kow呈较好的线性关系。相关性研究表明,苯系物间在水相、泥相的相关关系分别显著。 焦化废水中19种苯胺类污染物中苯胺为含量最高者,在两期焦化废水中含量分别为31234μg.L~(-1)和59078μg.L~(-1)。苯胺类污染物在两期焦化废水原水中的组成和含量存在比较明显的差异,证明原煤和工艺的不同对苯胺类污染物的生成具有重要的影响。作为极性有机污染物的代表,苯胺类污染物经过三相生物流化床A/O/O和A/O/H/O组合工艺处理后,苯胺类总去除率大于99%。外排水中主要的苯胺类污染物为苯胺,含量分别为8.56μg.L~(-1)和6.01μg.L~(-1)。污泥相中苯胺类污染物含量较低,大部分低于线性范围下限或检出限。据此可以判断,苯胺类污染物的主要去除途径为生物降解,也表明焦化废水中极性有机污染物的生物降解较非极性有机污染物为易。 焦化废水中的Cd、Cr、Hg、Cu、Ni、Zn、Pb和As等8种重金属含量为0.104-81.5μg.L~(-1)。重金属作为无机污染物的代表,重金属在经过三相生物流化床A/O/O和A/O/H/O工艺处理后,出水中浓度明显降低。重金属的去除主要是通过污泥吸附途径,对重金属在污泥中的形态分析发现,不同的重金属在同一工艺段中的形态分布特征,以及相同形态的重金属在不同工艺段中的分布特征都具有较大不同。利用SPSS数学统计软件对重金属的形态分布特征数据进行聚类分析发现,重金属本身特性和工艺条件是其形态分布特征的主要决定因素。


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