氢煤过程废水的处理中污染物的迁移.docVIP

氢煤过程废水的处理中污染物的迁移详细的处理方案能显著地提高氢煤过程废水的水质，使污染物浓度降低到低水平。查尔斯J ·德拉蒙德，理查德P Noceti，罗纳德D ·米勒，托马斯J菲利，111，和James A.库克，美国能源部，匹兹堡能源技术中心，匹兹堡，宾夕法尼亚州15236目前存在于煤炭液化和气化设备产生废水中的组分的最终去向有利于发展中国家制定有效的治理方针。转化过程中产生的废水中含有较高浓度的苯酚、氨、氰化物、硫化物和氢，以及其它有机和无机化合物[1]。这些组分不仅仅存在于煤转化废水中，并以不同的组合存在于石油、钢铁、化工以及其他过程工业的废水中。大量的污染物在回收利用和排放到环境中前必须被移除。本文报道的是氢煤液化工艺废水可处理性研究的结果。以前的调查已经表明常规处理工艺在控制试验工厂液化和气化废水中的应用[2,3,4]。从早期的研究可以得知，任何单一的处理手段都不可能将废水中的污染物降低到令人满意的水平。考虑到这些，匹兹堡能源技术中心的一个完全综合处理方案和选择性的组分单元操作用于肯塔基州卡特利茨堡氢煤试验工厂循环工艺水的处理的评估。处理方法包括溶气提、溶剂萃取、生化氧化、活性炭吸附和湿空气氧化。个别单元操作的废水进行毛重特点和具体组成的分析。具体化合物则由更为详细的采用高效液相色谱仪、气相色谱仪和原子吸收光谱的分析来确定。为了进一步探索污染物的迁移，对处理和未经处理的废水进行急性生物测定。这项研究的结果是通过对废水处理中每个步骤的详细分析来确定所需处理的程度，然后与要求水质的比较以符合特定工厂的设计标准。实验原料这一系列实验中所处理的废水是从位于肯塔基州卡特利茨堡的1.8×105千克/天（200吨/天）氢煤中试装置在11号煤的运行过程中得到的。肯塔基州9号煤是这次运行的原料。这些研究采用的废水混合了如图1所示的分离器和分离区产生的液化含硫污水。于401采样点在氮气下采集12个样品，然后用200升的聚乙烯内衬圆桶船运到匹兹堡能源技术中心。废水转移到830升的不锈钢罐中，在研究使用之前在4℃下保存在氮气中。得到废水的所有特点已列在表1中。实验操作及装置本研究的实验废水处理流程如图2所示。主要的处理流程包括1)溶气提2)溶剂萃取3)生物氧化4)活性炭吸附。其它可替代的处理方法也进行了研究。这些措施包括湿空气氧化原废水与生物氧化稀释和未稀释的溶气提废水。本研究采用的个别单元操作描述如下。一个装有3米不锈钢水冷式回流冷凝器的170升间歇气提装置用来除去废水中的氨。将原酸性废水加热到90℃，然后用氮气喷射。该操作分两步进行。游离氨和硫化氢在废水当前的pH值下被移除。气提仍然以这种方式进行直到检测不到残留的硫化物。石灰[试剂级的Ca(OH)2]加入到气提物中以调节废水的pH值至10到11之间。在90℃下用氮气喷射而后降温从废水中除去固定氨。溶气提操作继续在较高pH值下进行直到氨浓度下降到不足200mg/L。气提完成后，石灰悬浮微粒通过瓦特曼3号滤纸除去。废水然后用硫酸中和。溶气提操作产生的不凝气在排放到大气前要通过卡尔冈型BPL活性炭去除硫化氢。溶气提废水的溶剂萃取是在约克工艺设备公司制造的36层连续逆流液液萃取塔（型号 No. XB-3-36）中完成的。塔的高度是1.22米（48英寸），内径是7.6厘米（3英寸）。它是由高硼硅玻璃制成，采用一系列中轴搅拌机，用水平环形挡板分成36段。该塔以甲基异丁基酮作为分散相，溶剂与水的比例维持在0.10（体积比）。废水以0.4升/分钟的流速进入塔中。釜残液中残留的甲基异丁基酮用氮气在40℃下喷射去除，使液相色谱法测定的甲基异丁基酮浓度低于100mg/L。所有的生化氧化反应器都包含一个驯化的源于美国钢铁公司的克莱尔顿焦炭生物处理装置的混合培养。这些细菌主要是假单胞菌属。用于生化反应动力学模型研究的容器分别为7升和35升先前描述的完全混合好氧活性污泥反应器[2,3]。这些反应器运转超过10个月，以便生物质驯化和采集稳定状态下的数据。35升的反应器中加入的是溶剂萃取塔的残液，并以该反应器作为详细分析的主体。7升的反应器则加入溶气提排出的污水用来比较。一个反应器加入未稀释已气提的氢煤工艺废水，而其他两个则加入用自来水稀释的氢煤工艺废水溶液。所有的废水中都加入硫酸镁、氯化铁和磷酸盐缓冲溶液，然后进料到生物反应器中提供所需的营养物浓度。反应器的进料速度由正位移泵精确控制。曝气室的温度维持在室温（约24摄氏度）。处理过程的最后一步操作是一个连续活性炭吸附塔。从3.5升生化氧化反应器排出的污水流过沙床，然后进入一个内径1.9厘米、床高0.78米装填有100克卡尔冈Filtrasorb-400 活性炭颗粒的丙烯酸塔。一个4毫升的未经处理的氢煤工艺废水样品提供给Zimpro公司进行实验室湿式空气氧化试验。氧化