鲁奇煤气化废水臭氧化前后的有机污染物特征

摘要

        鲁奇煤气化废水蒸馏和提取出水具有低可生化性和高毒性，抑制了进一步的生物降解。然而，臭氧化提高了废水的可生物降解性，降低了废水的毒性，从而能够进行进一步的生物处理，提高对有机物质的去除。本研究通过树脂吸附剂将鲁奇煤气化废水中的溶解有机质分离为6类，然后利用TOC、UV254、UV-Vis和3D EEM对分馏样品各部分的有机物质进行定量定性分析。鲁奇煤气化废水中HoA和HiN组分含量较高，TOC值分别为380.21 mg·L−1和646.84 mg·L−1。臭氧处理后，HoA和HiN的TOC去除率分别达到42.85%和67.13%。臭氧化前后，HoA的UV254基本稳定，而HiN的UV254持续升高，这是由于HoA中有一部分腐殖质大分子有机物被氧化为HiN所致。此外，UV-Vis分析表明，臭氧氧化过程中HoA的大分子有机物被氧化，具有较高的生物降解性。 很后，三维EEM光谱表明，随着可溶性微生物副产物的降解，大分子有机物被氧化为小分子。

1. 介绍

        煤炭开发消耗快速增长，环境污染严重;因此，对煤炭的高效、安全、清洁利用提出了要求[1,2]。因此，需要一种新型的煤化工技术来优化煤炭的利用。鲁奇气化是应用 很广泛的煤气化技术之一，在煤气的清洗和洗涤过程中会产生各种污染物。鲁奇煤气化废水(LCGW)经过氨蒸馏和脱酚处理后，仍然是一种含有高浓度有机物、氨和普鲁士[4]的复杂工业废水，导致厌氧-缺氧-好氧(A-A-O)工艺和序批式反应器(SBR)生物处理工艺[5]出水水质不理想。

        近年来对气化废水质量的研究大多集中在水质方面。LCGW处理工艺已被广泛研究，但这些研究对COD、TOC、BOD5等简单指标进行了考察，结果表明气化废水具有有机污染物含量高、生物可降解性低、毒性大的特点[6-8]。此外，已有研究表明，经过氨蒸馏和脱酚后，LCGW中仍然含有酚类、多环芳烃和氮杂环化合物[9-11]。由于LCGW中常见的有机污染物含量较高，生物处理导致LCGW的生物降解能力较差。然而，很少有研究对LCGW废水质量进行系统分析。此外，研究LCGW处理过程中有机污染物转化的方法也迫在眉睫。

        在LCGW生物处理前，采用氨蒸馏和脱酚法去除有机污染物。由于氨蒸馏和脱酚的去除效率有限，大部分有机物通过水解酸化、活性污泥法、序批式反应器(SBR)、缺氧-缺氧-好氧(A/O)工艺和厌氧-缺氧-好氧(A2/O)工艺[12]等生物处理去除。

        而生物处理后出水的主要特征为:COD为100 ~ 200 mg·L−1,BOD5/COD (B/C)为0.01 ~ 0.08，总氮(TN)为40 ~ 70 mg·L−1,NH4+-N为10 ~ 20 mg·L−1,TOC为90 ~ 120 mg·L−1[13-16]。此外，大多数研究仅使用简单的指标来表达LCGW的特性，没有分析质量对处理过程或处理过程中有机物转化的影响。根据中国LCGW排放政策，特别是零液排放的要求，需要更多的措施对LCGW废水进行深度生物处理。由于氨蒸馏脱酚后的出水生物可降解性低、毒性大，臭氧化能提高有机物的可降解性，可进行进一步的生物处理，因此常被用于提高有机物的去除率。然而，与去除率相比，臭氧氧化过程中有机物的转化较少受到关注。此外，由于[18]的复杂性，对原始LCGW质量的分析比较困难。

        因此，本研究以氨蒸馏、脱酚和有机物转化后的LCGW为研究对象，考察有机物对臭氧化的影响。采用树脂吸附法对氨精馏脱酚后的LCGW进行分馏，然后利用溶解有机碳(DOC)、UV254、UV-Vis和EEM对分馏样品各部分的有机质进行定量分析。臭氧氧化后，分析溶液中的DOM，并进一步考察有机物对臭氧氧化的影响。研究结果可为今后的工程应用提供参考，指导今后处理设施的调试和正常运行。

2. 结论

        在臭氧化氨蒸馏和脱酚废水的过程中，通过树脂吸附将DOM分馏为6级。TOC、UV254、UV-Vis和3D EEM对臭氧化有不同的影响。HoA和HiN组分TOC含量 很高，分别为380.21 mg·L−1和646.84 mg·L−1。HoA和HiN的TOC去除率分别达到42.85%和67.13%。臭氧化前后，HoA的UV254值保持不变，而HiN的UV254值持续升高，这是由于HoA中的腐殖质大分子有机物被氧化，其产物中有一部分是HiN。此外，紫外-可见分析表明臭氧氧化的HoA主要与大分子难降解有机物发生反应，以提高进一步降解的性能。三维EEM光谱表明，随着可溶性微生物副产物的降解，大分子有机物被氧化为小分子。有机物类型发生变化后，残余有机物被氧化完全去除。