一种新型煤基吸附剂在高浓化工废水处理中的技术应用

2022-09-10

1 研究背景

化工废水与自然界相容性差, 污染物降解的周期长达几年甚至几十年, 对环境的破坏程度远高于其他工业污水和生活污水。化工废水是公认的难处理污水, 其中高浓化工废水是难中之难, 难就难在其处理成本高昂, 污水处理设施建得起、开不起, 每吨高浓化工废水动辄一两百元的处理费用已经成为企业难以承受之重。即使在目前严苛的环保执法环境下, 企业偷排现象仍然屡禁不止。探索和开发价廉、广谱、高效的高浓度 (高COD) 化工废水处理工艺迫在眉睫, 直接关系到我国化学工业的可持续发展和生态文明建设。

2 新型煤基吸附剂的特点

煤基炭吸附剂既有良好的燃烧活性, 又有对污水有机质较好的吸附性能, 在整个系统中既是优异的锅炉燃料, 又是脱除污水中有机质的载体, 而且化工废水的有机质热值较高。煤基炭吸附剂制备过程中, 其副产品煤气 (热值5500大卡左右) 和焦油是价格比较高的燃料和基础原料, 副产品的收入可大大降低煤基炭吸附剂的制备成本 (低于煤的采购价格) 。

3 研究目标

本研究针对COD≥80000mg/L、含盐量≥110000mg/L, 其中氯化钠与硫酸钠比例为1:2的化工废水, 开发一套成本低廉、广谱高效的煤基炭吸附剂制备、协同吸附法脱除废水中COD、饱和煤基炭吸附剂能源化技术, 使COD去除率达99.7%。分别建设低成本煤基炭吸附剂制备、低廉高效协同吸附法脱除COD、饱和煤基炭吸附剂能源化的研发平台, 形成一整套完善的高浓化工废水COD脱除工艺。

4 研究任务

4.1 低成本煤基炭吸附剂的制备技术及循环化利用研究

开发具有吸附大、中分子量化工废水的相应孔径结构和表面活性的三类煤基炭吸附剂品种:大中孔比例为70%、中小孔比例为70%、小孔比例为70%;煤基炭吸附剂保留一定挥发分和灰分, 具有较好的燃烧活性和絮凝、吸附表面活性;形成专门针对高浓化工废水的低成本煤基炭吸附材料制备技术。

4.2 专用药剂与吸附剂协同法去除污水中COD的技术研究

通过多级串联的高效移动吸附床进行分级吸附脱除, 配合煤基炭吸附剂, 产生絮凝、截流、过滤、吸附的多重效果, 使80000mg/L浓度的化工废水COD去除率达99.7%, 形成一套完善的脱除高浓化工废水COD的工艺。

深入进行专用药剂种类、配比、用量的研究, 通过试验对污水絮凝效果的观察, 初步确定混合药剂的配方和投加量 (40ppm) ;煤基炭吸附剂吸附研究, 主要进行吸附条件、吸附饱和时间、煤基炭吸附剂用量研究, 通过观察COD的去除效果, 最终确定吸附的经济时间、操作条件、煤基炭吸附剂用量 (初步确定0.05t/t以下) , 还要为煤基炭吸附剂制备过程中灰分的保留量提出要求;对加药装置进行研究, 保证加药均匀, 加药后的停留时间充分有效;对煤基炭吸附剂的添加量、添加品种、进水的流速等进行研究。通过观察污水中去除COD的效果, 对上述问题进行一一探索, 兼顾技术与工程经济的关系。

4.3 饱和煤基吸附剂清洁焚烧及能源化研究

研究饱和煤基炭吸附剂燃烧状态, 形成饱和煤基炭吸附剂与燃料配烧比例的数据, 以及确定煤基炭吸附剂制备过程中挥发分的保留含量 (初步定为10%左右) 。通过优选清洁焚烧装置及超低排放尾气处理装置, 实现饱和吸附剂能源化、无害化处理。

5 解决的主要技术难点和问题分析

5.1 研制一种针对高浓化工废水的低廉可用的新型煤基吸附剂

其技术难点为:

5.1.1 原料的优选与配比, 制备出与专用药剂相匹配的廉价煤基炭吸附剂, 使新型煤基炭吸附剂性价比最优;

5.1.2 回收煤基炭吸附剂制备过程中各种副产品, 通过出售给周边企业获得效益, 进一步降低煤基炭吸附剂的成本。

5.2 研究协同吸附法去除COD工艺

采用多级吸附、串联工艺对高浓化工废水中的有机物进行吸附分离。首先通过添加适宜的药剂, 利用煤基炭吸附剂中灰分 (铝铁硅等离子) 的“吸附絮凝核”的协同作用, 进一步封闭污水中的大分子亲水基团, 使水溶性的有机质生成沉淀, 再与煤基炭吸附剂协同作用, 使其产生絮凝、过滤、吸附多重效果, 使出水COD由80000mg/L降低到240mg/L以下。其技术难点在于:配套协同专用药剂的优化以及对煤基炭吸附剂表面絮凝吸附活性提出技术要求。