厭氧強(qiáng)化工藝處理煤制氣廢水中酚類化合物效能的研究.pdf

1、我國煤制氣的發(fā)展是由“富煤、少油、缺氣”的能源特點(diǎn)決定的。在向清潔新能源和可再生能源過渡的未來幾十年中，新一代煤制氣產(chǎn)業(yè)將扮演特殊重要的角色。但是，由于煤制氣廢水含有高濃度的酚類化合物、難降解有機(jī)物和有毒污染物，國內(nèi)外煤制氣廢水的治理技術(shù)普遍存在出水效果不理想、系統(tǒng)穩(wěn)定性差和處理成本高等問題。目前，該廢水處理問題已成為制約煤制氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。隨著厭氧技術(shù)的不斷發(fā)展，研究者對厭氧工藝在煤制氣廢水處理領(lǐng)域中所發(fā)揮的作用有了前所未有的重視。

2、針對煤制氣廢水的水質(zhì)特點(diǎn)，本課題系統(tǒng)和深入的研究了厭氧工藝處理煤制氣廢水中酚類化合物的效能，考察了傳統(tǒng)厭氧工藝（升流式厭氧污泥床工藝（Upflow anaerobic sludge blanket，UASB）、高溫厭氧工藝、兩相厭氧工藝和兩級(jí)厭氧工藝）和厭氧強(qiáng)化工藝（甲醇共基質(zhì)和粉末活性炭）對酚類化合物的去除效能以及廢水好氧生化性能的改善情況；在工程應(yīng)用中考察了甲醇共基質(zhì)和兩級(jí)厭氧分點(diǎn)進(jìn)水方式對厭氧處理煤制氣廢水中酚類化合物效能的影響；

3、研究了共基質(zhì)條件下厭氧降解酚類化合物的效能和規(guī)律，并對厭氧降解酚類化合物的影響因素進(jìn)行了探討。
　　通過色質(zhì)聯(lián)用技術(shù)（Gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）分析得出，煤制氣廢水中酚類化合物主要是由苯酚、烷基苯酚和苯二酚等組成，約占廢水化學(xué)需氧量（Chemical oxygen demand，COD）總量的30％～50%；同時(shí)，煤制氣廢水含有多環(huán)芳烴、雜環(huán)化合物、長鏈脂肪烴、氨氮和氰等

4、污染物。研究表明傳統(tǒng)厭氧工藝有助于改善廢水的好氧生化性能，但對酚類化合物的去除效能較低，其中UASB工藝對總酚的去除率僅為30%～40%，高溫厭氧工藝對總酚的去除率可達(dá)55%～60%，兩級(jí)厭氧分點(diǎn)進(jìn)水工藝和兩相厭氧工藝對酚類化合物的去除率達(dá)到60%和40%左右。稀釋進(jìn)水總酚濃度或延長水力停留時(shí)間（Hydraulic retention time，HRT）對厭氧工藝處理酚類化合物的效能并沒有顯著的改善效果。
　　研究比較了甲醇共基質(zhì)

5、和粉末活性炭厭氧強(qiáng)化工藝處理煤制氣廢水中酚類化合物的效能，結(jié)果表明投加粉末活性炭（1g/L）和甲醇共基質(zhì)（500mgCOD/L）分別將酚類化合物的去除率提高至73%和75%左右；厭氧強(qiáng)化工藝不僅能夠大幅度提高煤制氣廢水中酚類化合物的去除效能，而且能夠顯著改善煤制氣廢水的好氧生化性能。比較不同厭氧工藝對廢水好氧生化性能的改善效果上：甲醇共基質(zhì)厭氧工藝＞粉末活性炭厭氧工藝＞兩級(jí)厭氧分點(diǎn)進(jìn)水工藝＞高溫厭氧工藝＞兩相厭氧工藝＞UASB工藝。厭氧

6、工藝采用甲醇共基質(zhì)協(xié)同處理煤制氣廢水可以降低廢水的生物毒性，改善厭氧細(xì)菌的代謝活性，能夠在本質(zhì)上提高厭氧工藝處理酚類化合物的效能。
　　在工程應(yīng)用研究中，厭氧工藝處理煤制氣廢水中酚類化合物的效能較低，COD和總酚的去除率分別低于20%和26%。稀釋進(jìn)水或者延長HRT也難以顯著提高厭氧工藝處理酚類化合物的效果。當(dāng)煤制氣廢水中投加甲醇濃度200～500mgCOD/L，COD和總酚的去除率可達(dá)40.7%和35.2%，厭氧工藝處理酚類化合

7、物的效能以及產(chǎn)甲烷情況均有明顯的改善。但是，水質(zhì)沖擊對厭氧工藝處理酚類化合物的效能影響較大，而且恢復(fù)周期也較長。
　　以苯酚、（間-、對-）甲酚、鄰甲酚、二甲酚和鄰-、間-、對苯二酚合成的酚類化合物廢水為考察對象，研究表明采用乙酸、甲醇和苯酚共基質(zhì)對厭氧降解酚類化合物的效能均有不同程度的改善。當(dāng)進(jìn)水酚類化合物濃度分別為408mg/L，612mg/L和816mg/L左右時(shí)，與無共基質(zhì)處理效能相比，甲醇共基質(zhì)（500mgCOD/L）條

8、件下酚類化合物的去除率分別提高了13.8%，14.4%和15.6%；乙酸共基質(zhì)（500mgCOD/L）條件下酚類化合物的去除率分別提高了11%，12.4%和10.3%。甲醇和乙酸共基質(zhì)能夠明顯提高厭氧降解酚類化合物中甲基苯酚的效率。適量濃度的苯酚基質(zhì)也有助于提高酚類化合物的去除效率，但是高濃度的苯酚基質(zhì)將會(huì)抑制厭氧細(xì)菌的活性。
　　試驗(yàn)研究表明，酚類化合物的厭氧降解性能難易程度依次為：二甲酚，鄰甲酚，間甲酚，對苯二酚，鄰苯二酚，對

9、甲酚，間苯二酚，苯酚。甲基苯酚的厭氧降解性能要遠(yuǎn)低于苯二酚及苯酚，五日平均降解速率僅為1.3～4.5mg/d（不包括對甲酚）。酚類化合物的厭氧降解性能與其化學(xué)結(jié)構(gòu)有著密切聯(lián)系，其中羧化階段和苯甲?；A段是其降解的關(guān)鍵步驟。在厭氧降解酚類化合物的抑制試驗(yàn)中，高濃度的酚類化合物造成的抑制屬于暫時(shí)性抑制；氰化物和長鏈脂肪烴造成的抑制屬于干擾性抑制。在氰化物（5mg/L）和長鏈脂肪烴（50mg/L）的抑制條件下，共基質(zhì)的存在能夠降低抑制效應(yīng)，協(xié)