高含碳金属化球团固定床处理焦化废水的研究蒋武锋

高含碳金属化球团固定床处理焦化废水的研究`蒋武锋,郝素菊(河北理工大学冶金与能源学院河北唐山O“009)摘要用铁精矿粉、无烟煤及添加剂制备了高含碳金属化球团,并用其处理了焦化废水,结果表明,高含碳金属化球团对焦化废水中酚类、佩化物具有很好的降解效果,分别达到了99.88%和99.81%,对COD的降解率为70.61%,而对氨氮降解效果较差。关扭词高含碳金属化球团;固定床;焦化废水1前言焦化废水是炼焦过程中产生的难以处理的废水,其特点是成分复杂、毒性大、浓度高,其中有机物以酚类化合物为主,约占有机污染物的一半,有机物中还包括多环芳香族化合物和含氮、氧的杂环化合物等,无机污染物以氛化物、硫化物、硫氛化物为主。由于焦化废水毒性大、可生化性很差,只能先采用絮凝沉淀法、化学沉淀法、中和法、氧化还原法等物理化学方法进行预处理,或者兑人新水,降低废水浓度,降低废水的毒性,然后再采用生物法进一步深化处理。由于传统的物理化学预处理方法运行费用较高,从而阻碍了这些技术在实际生产中的推广应用。铁炭内电解法,又叫零价铁法,是近些年来发展起来的一种治理废水的电化学方法,是当前国内外的研究热点〔`一’〕。该方法利用铁屑作为滤料组成滤池,废水通过滤池时发生一系列的电化学及物理化学变化使难降解物得到处理。常规铁炭内电解工艺的主要优点有:①铁屑来源广泛,操作简便;②设备结构简单,投资少,运行费用低;③收效快、效果好,可有效地提高废水的可生化性,有利于后续处理。但是铁炭内电解工艺在实际运行一段时间后由于铁屑填料表面钝化、锈成实体,废水处理效果明显降低。所谓高含碳金属化球团就是将煤等含碳物料、含铁物料(主要是铁精矿粉、钢渣、含铁污泥及轧钢氧化铁皮等)及添加剂混合造球(配碳量大于含铁物料还原需要的碳量),在高温下还原得到的球团。由于成品球团中残余碳含量()5%)比普通炼钢用金属化球团高,故被称为高含碳金属化球团。本研究以高含碳金属化球团为铁源,采用固定床反应器的方式处理焦化废水,其目的是为了解决铁炭内电解法所存在的问题。2实验过程焦化废水来源于唐钢焦化制气厂。实验流程主要由焦化废水在喷淋塔中脱除烟气中的50:和高含碳金属化球团固定床反应器降解废水两部分组成,如图1所示。在喷淋塔中焦化废水与模拟烧结烟气相对运动,焦化废水脱除烟气中的50:,同时焦化废水的pH值降低,为后面的高含碳金属化球团固定床处理创造有利条件。固定床反应器是由两根填充粒度2~5mm的高含碳金属化球团直径为32mm、长度Zm的有机玻璃管串联而成的。洗涤过烟气的焦化废水从下部通人固定床反应器,停留时间为Zh。3结果与讨论出口水中酚类含量随时间的变化如图2所示。从图中可以看出,经过高含碳金属化球团固定床处理后123图1工艺流程图1一水泵口一流置计沼一阀门沮一风机;5一岌)2钥瓶的焦化废水中酚类的含量326.14mg·IJ一’降至0.5mg·IJ一’以下,达到国家一级排放标准,酚类降解率高达”.88%以上。高含碳金属化球团对有机物有如此优异的降解性能与其组成和结构是分不开的。高含碳金属化球团是由海绵铁和活性炭及杂质组成的,当高含碳金属化球团浸人到焦化废水中,铁和铁屑中的炭或杂质之间形成无数个微小的原电池。作为阳极的铁氧化成FeZ斗,而有机污染物则会在作为阴极的炭上被还原。阳极:Fe一Ze~Fe,+(酸性废水或低氧化还原电位情况下);阴极:难降解有机物+en~易降解有机物。运行时间儿图2出口水中酚类含量随时间的变化焦化废水中难降解环状有机物在阴极上获得电子被还原,生成相对易降解的开环有机物,降低COD。由于高含碳金属化球团中铁是以海绵铁的形式存在的,具有很大的比表面积.因而具有很高的反应活性。同124样,作为阴极的活性炭也具有很大的比表面积,并且对有机物具有很强的吸附能力,能将有机物吸附到原电池表面,大大提高了传质速率,其综合结果就是高含碳金属化球团降解有机物的效率得到了大幅度的提高.当然产生的Fe,十被氧化后成为Fe3+,在pH值4.0时,形成具有很强的絮凝作用的eF(OH)3,能将废水中悬浮固体、胶体凝聚沉淀,同时吸附大量可溶性有机污染物一起沉淀,使废水得到进一步净化。从图3中可以看出,经过高含碳金属化球团固定床处理后的焦化废水中氛化物的含量降至0.5mg.L一’以下,达到国家一级排放标准,氛化物降解率高达”.8%左右。可见高含碳金属化球团对氛化物同样有很好的降解性能。运行时间瓜图3出口水中氛化物含量随时间的变化出口水中COD含量随时间的变化如图4所示。从图中可以看出,经过高含碳金属化球团固定床处理后的焦化废水中CDO的含量从2482mg·L一`降至730mg·L一`左右,COD降解率达到70%以上。运行时间hI图4出口水中COD含量随时间的变化出口水中NH3一N含最随时间的变化如图5所示。从图中可以看出,经过高含碳金属化球团固定床处理后的焦化废水中NH3一N的含量除个别数据外降低外,大多数试样中的NH3一N含量比人口废水中的125NH3一N含量还要高。导致出口水中NH3一N含量升高的原因可能是由于有机氮转化成NH3一N,从而使出口废水中NH3一N含量上升。运行时间儿图4出口水中NH3一N含量随时间的变化4结论经过24小时的连续运行试验研究,得到如下结论:(1)高含碳金属化球团对焦化废水中的酚类有机物和氰化物有很好的去除效果,经过高含碳金属化球团固定床处理2小时后,废水中酚和氛化物降至。.5mg·IJ一’以下,达到国家排放一级排放标准;(2)高含碳金属化球团对COD也有较好的去除效果,废水中的COD经过固定床处理后由2482mg·L一’降至730mg·L一`左右,COD去除率达到70%以上。(3)在本研究条件下,高含碳金属化球团对氨氮的去除效果较差。参考文献〔l]SuwanneeJunyapoon.Useof:er-ovalentironfo:wastewate:treatment.KMITLSei.Teeh.J.,2005,5(3):587一595.〔2〕Seok一YoungOh,PeiC.Chiu,ByungJ.KimandDanielK.Cha.Zero一valentironpretreatmen:fo:enhaneingthebiode-gradabilityofRDX.WaterReseareh,2005,39(20):5027一5032.[3〕Wellington5.PereiraandRenato5.Freire.Azodyedegradationbyreeyeledwastezero一valentironpowder.J.Braz.Chem.oSe.,2006,17(5):832一838.[4〕IramaSanehez,FrankStober,JosepFont,AgustiFortuny,AzaelFabregatandChristopheBengoa.EliminationofphenolandaromatieeompoundsbyzerovalentironandEDTAatlowtemperatureandatmospheriepressure.Chemosphere,2007,68(2):338一344.〔s〕WenZhang,LingChen,HaoChenand51一QingXia.TheeffeetofFeo/FeZ十/Fe3`onnitorbenzenedegradationinthe。nae-robiesludge.JournalofHazardousMaterials,2007,143(l一2):57一64.[6]赖鹏,赵华章,王超,倪晋仁.铁炭微电解深度处理焦化废水的研究.环境工程学报,2007,1(3):15一20.〔7」沈丽娜,完颜华,度惠斌,杨敏学.海绵铁预处理含酚废水的静态研究.兰州交通大学学报(自然科学版),2004,23(1):61一64.