PACT工藝強(qiáng)化處理煤化工廢水小試

王慧斌

(山西省長治市環(huán)境信息中心，山西 長治 046000)

煤化工廢水是一種難降解有機(jī)化合物含量較高的典型工業(yè)廢水[1]。據(jù)相關(guān)研究表明，生化處理是現(xiàn)代煤化工廢水處理最簡單、有效的方法，且活性炭具有高度發(fā)達(dá)的微孔結(jié)構(gòu)和極大的比表面積，在工業(yè)廢水處理中起著非常重要的作用[2-3]。為此，本文通過在AO系統(tǒng)中投加活性炭形成PACT系統(tǒng)，并進(jìn)行序批式試驗，以探究其對煤化工這一典型廢水中污染物的脫除效果。

1 試驗材料與儀器

1.1 試驗材料

1) 模擬廢水。通過人工配制模擬廢水，粗酚作為主要碳源，以氯化銨提供氨氮，以碳酸氫鈉調(diào)節(jié)進(jìn)水pH等。模擬廢水水質(zhì)如表1所示。

表1 模擬廢水水質(zhì)(pH為7.5～7.8)

2) 試驗藥品。本試驗主要試驗藥品有混合物粗酚，以及分析純氯化銨、濃硫酸、磷酸、硫酸銀、重鉻酸鉀、亞硝酸鈉、高錳酸鉀、硫酸汞、納氏試劑、酒石酸鉀鈉、草酸鈉、氨水、冰乙酸、無水乙醇、氨基磺酸銨、N-(1-萘基)-乙二胺鹽酸鹽、麝香草酚、福林酚、對苯二酚、碳酸氫鈉、無水碳酸鈉、硝酸鈉、硝酸鉀、對氨基苯磺酰胺等。

3) 炭吸附劑。所用木質(zhì)活性炭為美國卡爾岡炭素公司生產(chǎn)，其比表面積791.54 m2/g，孔容為0.52 cm3/g。

4) 接種污泥。取自某氣化廠污水處理系統(tǒng)二沉池，使用前進(jìn)行漂洗和曝氣。

1.2 試驗儀器

試驗過程中主要用的試驗儀器有COD快速測定儀(5B-1)、顯微鏡(PH100系列)、紫外-可見光分光光度計(T6型)、電子分析天平(JA1203)、蠕動泵(YZ1515x)、電熱恒溫干燥箱(202-OA型)、氣浴恒溫?fù)u床(CHA-S型)、箱式馬弗爐(SGM.M31/14)、便攜式水質(zhì)分析儀(HQd-6)、精密增力電動攪拌器(JJ-1)、紫外-可見光分光光度計[UV-2550(雙光束)]、傅里葉紅外光譜儀(SPECTRUM ONE B)、比表面分析儀(ASAP2020)等。

2 試驗方法

2.1 試驗設(shè)計

本試驗主要探究PACT工藝對煤化工尾水的處理效能，主要試驗步驟為：

1) AO反應(yīng)器的啟動。試驗采用有機(jī)玻璃加工制成的圓柱形AO反應(yīng)器，AO反應(yīng)器出水接入沉淀池。反應(yīng)器啟動之前需要對污泥進(jìn)行馴化，主要有低負(fù)荷期、提高負(fù)荷期及穩(wěn)定期三個階段。AO反應(yīng)器裝置示意圖如第200頁圖1所示。

其中，進(jìn)水采用污泥馴化穩(wěn)定期的水質(zhì)進(jìn)行配制，然后向反應(yīng)器中投加馴化后的活性污泥，并調(diào)節(jié)蠕動泵廢水流量，通過攪拌器對A池進(jìn)行機(jī)械攪拌，通過曝氣對O池進(jìn)行攪拌，同時，沉淀池沉淀的污泥通過蠕動泵回流至A池。

圖1 AO反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖

2) PACT工藝處理煤化工廢水試驗。PACT工藝啟動前期先進(jìn)行AO反應(yīng)器的啟動，約1 d～10 d，同時將粉末活性炭與去離子水配制成懸濁液，并撇掉灰分備用。待AO反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行一段時間后，分別于第1 d和第23 d向反應(yīng)器中一次性投加7.5 g、10 g活性炭。每次投加之后，待出水穩(wěn)定一段時間，再進(jìn)行下一步的投加。

2.2 檢測方法

本研究過程中需要分析COD、酚類物質(zhì)、氨氮、總氮、MLSS等，具體水質(zhì)分析項目和方法如表2所示。

表2 水質(zhì)分析項目和方法

3 試驗結(jié)果

3.1 木質(zhì)活性炭投加量的確定

以木質(zhì)活性炭(比表面積791.54 m2/g，孔容為0.52 cm3/g)作為PACT工藝的投加劑，AO反應(yīng)器啟動后，投加活性炭形成PACT系統(tǒng)，研究向污泥中投加不同濃度的活性炭(0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 g/L)對污泥系統(tǒng)的影響。COD平均去除率與PAC質(zhì)量濃度的關(guān)系如圖2所示。

圖2 COD平均去除率與PAC質(zhì)量濃度的關(guān)系

由圖2可以看出，隨著PAC質(zhì)量濃度的增加，COD去除率也在逐漸提高。具體的，當(dāng)PAC質(zhì)量濃度于0 g/L～1.5 g/L之間時，隨著PAC質(zhì)量濃度的增加，COD去除率升高較快；當(dāng)PAC質(zhì)量濃度于1.5 g/L～3.0 g/L之間時，隨著PAC質(zhì)量濃度的增加，COD去除率升高較慢甚至基本無變化。同時，根據(jù)不同濃度的活性炭投加下，出水COD隨周期變化試驗(投加濃度越高，出水濃度越低，活性炭發(fā)揮的周期越長，但隨著測試周期的延長，活性炭吸附能力逐漸減弱)、活性炭吸附量隨試驗周期變化試驗(活性炭濃度越低，其發(fā)揮的效能越高，但吸附后飽和得越快)及PAC質(zhì)量濃度與吸附量關(guān)系試驗(活性炭的實際吸附能力大于理論值，微生物可以將活性炭吸附的有機(jī)物降解，促使活性炭恢復(fù)吸附能力)可知，廢水活性炭投加量需達(dá)到1.5 g/L以上，才能在“吸附-降解-生物再生-再吸附”的共同作用下，保證5個周期內(nèi)出水COD皆在50 mg/L以下?？紤]到投加活性炭的經(jīng)濟(jì)成本，結(jié)合COD平均去除率與PAC質(zhì)量濃度的關(guān)系，因此選擇1.5 g/L為最佳投量。

3.2 PACT工藝對有機(jī)物的去除效果

在啟動階段，投加活性炭后大大降低了COD，但由于活性炭的吸附能力是有限的，隨著時間的推移，可能由于活性炭的吸附飽和等因素，出水的濃度會呈現(xiàn)驟然降低之后逐漸升高的現(xiàn)象。因此，在啟動完成后的穩(wěn)定階段，為了保證工藝處理效果，需分別于第1天、第23天投加7.5 g(1.5 g/L)和10.0 g(2.0 g/L)活性炭，以考察PACT工藝對煤化工廢水有機(jī)物及氮類物質(zhì)的去除效果。

1) 對有機(jī)物的去除效果。COD和Tph(總酚)濃度和去除率隨時間變化曲線如圖3所示。

圖3 COD和Tph濃度及去除率隨時間變化曲線

由圖3可知，在投加了7.5 g活性炭的第一階段(第1天～第22天)，對于COD的降解去除，在第0天～第5天內(nèi)，COD去除率由于活性炭的吸附作用而迅速提高；在前6 d～13 d內(nèi)，COD去除率由于活性炭逐漸飽和而有所降低；運(yùn)行到第14天時，由于活性炭與微生物已形成良好的耦合關(guān)系，COD去除率又呈現(xiàn)上升趨勢。對于Tph(總酚)的降解去除，其去除率呈先迅速提高后逐漸降低并穩(wěn)定的趨勢。

在投加了10.0 g活性炭第二階段(第23天～第46天)，對于COD的降解去除，由于此時的系統(tǒng)比較穩(wěn)定，COD去除率波動不大，平均去除率90.55%。對于Tph(總酚)的降解去除，與第一階段類似，仍然存在去除率呈先迅速提高后逐漸降低并穩(wěn)定的趨勢，第46天，去除率96.24%。

總之，在反應(yīng)器運(yùn)行的第1天～第13天，有機(jī)物去除率的提高主要是活性炭的吸附作用引起的，之后因吸附飽和等原因?qū)е禄钚蕴课侥芰χ饾u下降，但是由于在體系中存在“吸附-降解-再生-再吸附”的過程，最終有機(jī)物的降解效果又有所提高，且當(dāng)體系中的活性炭吸附與微生物再生過程達(dá)到平衡之后，降解效果基本穩(wěn)定。

2) 對氮類物質(zhì)的去除效果。氨氮和TN濃度及去除率隨時間變化曲線如圖4所示。

圖4 氨氮和TN質(zhì)量濃度及去除率隨時間變化曲線

由圖4可知，對于主要依靠硝化細(xì)菌的硝化作用的氨氮的降解去除，在投加了7.5 g活性炭的第一階段(第1田～第22天)以及在投加了10.0 g活性炭第二階段(第23天～第46天)，隨著時間的推移，氨氮平均去除率皆逐漸緩慢升高。主要原因可能是活性炭吸附了進(jìn)水中對硝化細(xì)菌有抑制作用的酚類等[4]，在一定程度上提高了硝化細(xì)菌的活性，使得硝化作用增強(qiáng)，氨氮的去除率提高，從而導(dǎo)致出水的氨氮濃度一直維持在較低水平。

對于主要依靠反硝化細(xì)菌的反硝化作用的總氮的降解去除，在第1天和第23天剛投加活性炭后，TN的去除率有明顯的降低。可能是由于剛投加活性炭時吸附有機(jī)物量較大，反硝化細(xì)菌可用碳源減少，在很大程度上降低了其活性，導(dǎo)致總氮去除率降低。但是隨著運(yùn)行時間的增長，活性炭逐漸失效，反硝化受到抑制的作用逐漸減弱，且之前吸附的部分難降解有機(jī)物被降解為小分子有機(jī)物，還可以在一定程度上為反硝化細(xì)菌生長提供碳源，脫氮效果又有所提高。最終總氮出水質(zhì)量濃度56.98 mg/L～64.09 mg/L，去除率57.95%～63.01%。

4 結(jié)論

通過在AO系統(tǒng)中投加活性炭形成PACT系統(tǒng)，并進(jìn)行序批式試驗，得出如下結(jié)論：

1) 通過木質(zhì)活性炭投加量的確定試驗，結(jié)合投加活性炭的經(jīng)濟(jì)成本，確定PAC在PACT工藝中的最佳投加量為1.5 g/L。

2) 投加活性炭可以明顯提高對有機(jī)物的去除效果，且主要由于體系中的“吸附-降解-再生-再吸附”過程，使COD的去除率由77.02%提高到87.05%，總酚去除率由93.80%提高到96.56%。

3) 投加活性炭增強(qiáng)了氨氮的硝化效果，使氨氮去除率由55.42%提高到97.45%，但投加初始階段會導(dǎo)致微生物可利用的碳源不足，故對總氮的去除率僅由53.15%提高到62.37%。

綜合看來，投加PAC增強(qiáng)了系統(tǒng)對煤化工廢水中COD、氨氮等的去除效果。