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煤制油的废水处理技术研究(三)——多元微电解填料预处理煤制油废水的研究

日期:2022-06-17    来源:煤化工环保  作者:mei小保

国际煤炭网

2022
06/17
15:57
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关键词: 煤制油 煤制油废水治理 煤制油装置

秦树林等采用高温烧结型微电解填料预处理煤制油废水,通过正交实验研究了初始pH、微电解时间及曝气强度等对废水的预处理影响。

实验水质和装置

(1)实验水质

实验水质:采用某煤制油公司提供的煤化工加氢脱酚并经气浮除油后的综合废水,该水样外观呈褐色,经测定其pH为9.18,COD3910mg/L,BOD5420mg/L,生物毒性EC5012.5%(强毒性),氨氮113mg/L,石油类120mg/L,挥发酚95 mg/L。

(2)微电解填料

实验用微电解填料:采用铁炭质量比为3:1、1000~1100℃高温隔氧烧结而成的新型无板结多元微电解填料(MOMF-01),是由活性铁、炭、造孔剂及多元金属催化剂固相烧结而成的多孔合金结构,为煤科院专利填料。技术经济特性:堆积密度1000~1100kg/m3,比表面积1.2m2/g,孔隙率65%,抗压强度≥600kgf/cm2,尺寸20~30mm,年消耗率15%~30%(视具体水质及反应条件),填料使用前用原水浸泡24 h后备用,以消除表面残存炭粉的吸附干扰。

(3)实验装置

多元微电解反应装置见下图。实验装置尺寸φ100mm×150mm,有效容积1000mL,材质为有机玻璃,采用微孔管曝气。

实验方法和过程

(1)先通过正交实验确定显著影响因素和最佳工艺组合。综合考虑微电解的各种影响因素,设计了pH(3.0,3.5,4.0,4.5)、微电解反应时间(30min,60min,90min,120min)和曝气强度即气水比(0:0,1:1,3:1,5:1)为变量的3因素4水平正交实验L16(4)3,并通过极差分析确定各影响因素的主次和最佳组合,正交实验设计如下表所示。

(2)实验过程:先加硫酸将废水pH调至所需酸度后,在装置中加入800mL多元微电解填料,再取600mL废水于装置中,同时通过流量计控制气水比进行充氧曝气,即开始微电解实验;当微电解反应达到所需时间后,将废水倒入800mL烧杯中,加浓度30%氢氧化钠调节pH至8~9,曝气搅拌反应30min后,加入5mg/L阳离子型聚丙烯酰胺作助凝剂,以20r/min的转速搅拌20min使其絮凝反应,静置30min后取上清液测定。

实验结果与讨论

(1)COD去除效果正交实验

考虑到影响微电解工艺参数及水平较多,本实验筛选了多元微电解填料预处理煤制油废水的主要影响因素,分别用A、B、C代表初始pH、微电解时间及曝气强度(气水比),并确定正交实验中的3因素4水平L16(4)3,具体如下表所示。

针对煤制油废水水质特点及预处理主要日的,由表5-27中各因素水平进行COD去除效果的正交实验,结果见下表。COD去除率范围变化较大(21.5%~57.4%);由极差法分析可知,各因素对COD影响的主次分别为:R(微电解时间)>R(pH)>R(曝气强度)。实验表明,微电解时间是影响COD去除率的最主要因素,其次是微电解初始pH,最后是曝气强度。根据各因素最大K值初步确定最优工艺参数组合为A3B3C3,即微电解时间90min、pH=4.0和气水比3:1。

(2)生物毒性降解效果正交实验

煤制油废水的另一大特点是生物毒性较强,作为预处理工艺考察对生物毒性降解效果是必要的。通过3因素4水平的正交实验确定其显著影响因素及水平,正交实验结果如表所示。

从表中的正交实验结果可知,出水生物毒性范围在19.4%~52.2%,废水生物毒性基本上能从初始的强毒性降至中等毒性,降毒效果明显;极差法分析各因素对生物毒性降解影响的主次分别为:R(微电解时间)>R(pH)>R(曝气强度)。实验表明,微电解时间仍是影响出水生物毒性的最主要因素,其次是微电解初始pH,最后是曝气强度。根据上述各因素最大K值初步确定最优工艺参数组合为A3B3C4,即微电解时间90min、pH=4.0和气水比5:1。

从上述正交实验结果看,去除煤制油废水中COD最佳工艺参数组合为A3B3C3,生物毒性降解最佳工艺参数组合为A3B3C4,二者最佳条件下影响因素除曝气强度外,微电解时间与pH影响水平一致,均为A3B3。从工程角度分析,曝气强度的大小涉及到配套风机设备投资及日常运行电能消耗,曝气强度各影响水平中C3与C4所对应k值相差不大,气水比5:1与3:1降毒效果稍好,但综合分析认为采用3:1的气水比均能实现最佳COD去除效果和同步降低生物毒性的功能,故选择A3B3C3工艺参数组合更经济适用,即微电解时间90min、pH=4.0、曝气强度气水比3:1。

(3)最佳工艺条件下的验证实验

在最优条件下,即在废水初始pH=4.0、气水比3:1充氧曝气下,微电解90min,通过平行对照实验验证了烧结型多元氧化微电解填料对废水COD和生物毒性降解效果,结果见下表。

从表可知,采用多元微电解填料预处理煤制油废水,出水平均COD及去除率分别为1773mg/L和54.7%;废水生物毒性指标由原水12.5%强毒性转化为出水平均48.3%的中毒性,从而为后续生物处理系统创造了良好的生长条件。

结  论

(1)正交实验确定烧结型多元微电解填料预处理煤制油废水的影响因素大小依次为:微电解时间>pH>曝气强度。

(2)正交实验确定了最佳操作条件为:初始pH4.0,时间90min,气水比3:1;最佳条件下多组平等实验结果为:COD平均去除率达到54.7%、出水COD为1773mg/L。

(3)在实验水质及最佳工艺条件下,采用多元微电解填料预处理煤制油废水,生物毒性指标由原水12.5%强毒性降解为48.3%的中毒性,降毒效果相对明显,为后续生化处理创造了有利条件。但生物毒性仍未达到低毒或微毒的效果,对保障微生物的正常生长还存在抑制作用,建议在工程实施中配合其他工艺如催化氧化等实现进一步降毒性目标,确保后续生化处理系统稳定可靠。

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