吸附法处理焦化废水现状与展望

2011-04-12张文斌魏丽丹

黑龙江生态工程职业学院学报 2011年5期

张文斌魏丽丹

(鸡西大学安全与环境工程系，黑龙江鸡西 158100)

焦化废水是一种高毒性、难降解处理的废水，主要成分有酚、氰化物、氨氮、有机盐、芳烃、有机油及硫化物等污染物，其中COD约为2 000～4 000mg/L，pH为8.0～10.0，氨氮在300～600mg/L，挥发酚在400～500mg/L，氰化物在10～30mg/L，呈褐色，有较多的固体悬浮颗粒[1]。这种高毒性废水对于生物体是致命的，影响了微生物降解的方法使用。一旦不能达标排放，将对环境造成难以估量的损害，为保护有限的水资源，必须对焦化废水进行有效的处理。也由于其中含有大量难降解物，处理焦化废水的方法研究一直是国内外研究的重大课题。

1 吸附剂选择

吸附法是废水、废气处理的最简单的方法，也是非常有效的一种方法。该方法可以处理废水中的大多数污染物，处理效果比较稳定，随着环境压力的日趋增大，焦化废水的吸附法治理将会越来越重要。

焦化废水吸附剂的选择上，需要吸附剂比表面积大，有足够强的吸附力，吸附的物质种类多，能够使废水得到充分的净化。用于焦化废水的吸附剂主要有改性粉煤灰、沸石、蒙脱土、焦粉、活性炭、风化煤等。

1.1 改性粉煤灰

粉煤灰含有多孔玻璃体、多孔碳粒，表面积大，并且含有一定的活性基团，具备了较强的吸附能力，用在电镀废水的处理当中起到了很好的作用[2]。粉煤灰处理无机离子如六价铬和二价铜离子可以达到99%以上，可以达到废水的达标排放。除了对水中重金属离子的处理较好外，改性粉煤灰对于如硝基苯这类芳香族化合物的吸附效果较好，去除率接近90%[3]。焦化废水中存在大量难以降解的芳香族化合物如酚类，可以用改性粉煤灰来处理。不过粉煤灰处理废水有四个缺点：效率低、对阴离子废弃物处理效果不好、分离操作复杂且二次污染严重、最终处理难度大，因此粉煤灰的实际利用率不高。

1.2 沸石、蒙脱土等非金属矿物

沸石是一种天然分子筛矿物，具有很大的比表面积，对水中的有机物的吸附主要取决于有机物分子的大小和极性[4]。而在处理焦化废水中酚的过程当中，蒙脱土与沸石的处理效率相当，均能达到24%[5]，但最佳用量沸石要比蒙脱土更多一些，因此沸石在处理焦化废水中的酚的效果并不理想。但非金属矿物在氨氮废弃物的处理效率较高，如沸石可达50%左右[6]，膨润土也可以有效地去除焦化废水中的氨氮[7]。但是这些非金属矿物对废水中的污染物虽然吸附种类多，但去除率均不够高，单独使用的情况很少。

1.3 树脂

树脂吸附法处理焦化废水可以去除其中大多数的酚，魏瑞霞等人的研究表明利用NDA-99超高交联吸附树脂可以将水中酚浓度从1 380mg/L降到12mg/L，COD从15 500mg/L降到650mg/L[8]，并且可以再吸附后再用脱附液回收利用，而树脂也可以循环使用。但为防止水中重金属离子在碱性条件下沉淀附着在树脂上，操作pH值不能太高，洗脱剂为有机物，需要萃取—蒸馏才可回收酚，操作较为复杂。对于2,4-二氨基甲苯和2,6-二氨基甲苯可以达到完全去除，在碱性条件下可以脱附回收[9]，对苯胺类物质也可以通过形成氢键处理[10]。许昭怡等人对大孔树脂吸附法对含酚废水的研究表明，大孔树脂对多数酚类物质的吸附性能均非常好[11]。但是树脂吸附法由于使用树脂造价很高，并且容易受水中悬浮物的影响，必须先过滤去除其中的悬浮物[12]，一旦处理不好容易造成树脂失效，而且树脂制作价格比较高，影响了这种方法的大规模推广。

1.4 活性炭

活性炭是一种性能优良的吸附剂，在吸附室内污染物如甲醛、芳香族化合物中也有应用，在含酚废水中的吸附效率高，仅用活性炭即可使酚类排放达标[13]。经混凝后，活性炭对于废水中高浓度酚处理效率更高，可以达到90%以上[14]，并且可以在水流动的情况下进行吸附处理，应用性比较强。而随着混凝技术及混凝剂的探索，活性炭的处理效率还将更高[15]。但是活性炭非常昂贵，其回收再利用也并不是很理想，而焦化废水量非常大，因此不适合作为主要处理剂。

1.5 焦粉

焦粉是炼焦工业的一种副产物，与活性炭有类似理化性质，因此可以用来作为活性炭的替代物使用。而焦粉价格便宜，用完可以用于冶金，不会造成二次污染，同时又相对降低了成本。张静勇等人的研究表明，干法息焦的焦粉用于废水处理效果最佳[16]。吸附后的焦粉用于炼铁后，对其正常生产没有造成不利的影响，是一种较为理想的吸附剂[17]。然而由于焦粉用于吸附时必须颗粒粒径小(60～80目)，这种粒径对于工业处理废水的工艺选择是个考验，而且焦粉颗粒越小效果越好，但颗粒粒径越小越容易造成焦粉被带走排放，形成二次污染。

1.6 其他

除上述五种常见吸附剂外，还有一些并不常用，但效果比较好的吸附剂，如李国清等人用海藻酸铀-腐殖酸铀吸附法吸附重金属离子[18]，去除率可达95%以上；罗道成等人使用磺化褐煤处理含铬废水，去除率可达98%以上[19]；祝均林等人用煤渣/PAC符合混凝剂的脱色处理研究[20]；王莉萍等人制作煤基多孔材料来处理焦化废水，并可以消除水中72%的COD[21]；郝艳玲等人使用风化煤来处理染料废水可以脱色99%以上，COD去除率95%以上[22]。这些吸附剂由于不是常规吸附剂，因此还没有大规模使用。

总之，吸附剂在处理焦化废水的实施过程中任何一种都无法完全清除废水中的污染物，联合使用会取得比较理想的效果，如炉渣过滤—树脂吸附法[12]、混凝—活性炭吸附[14]、沸石—活性炭复合材料的使用[23]等等。

2 吸附法联用其他方法

焦化废水成分复杂、性质多样，并且很不稳定，又由于吸附法虽然吸附稳定，操作简单，但需要量较大，并且单靠吸附法无法全部解决焦化废水的问题，特别是吸附剂的配比问题，因此需要与其他方法进行联用来保证废水的达标排放或循环利用。除吸附法外的主要处理办法还有活性污泥法、光催化氧化法、高等氧化法、微电流电解氧化法等。活性炭与微波联用以达到活性炭回收利用[24]，可以适当地降低一些成本，回收一部分酚。活性炭吸附法也可以与高级氧化法如Fenton氧化法联用增加处理效率[25]，并且可以在处理过程中使用颗粒状活性炭，便于活性炭的回收。李茂等人使用可回收利用的树脂与Fenton氧化法联用[26]，回收了废水中的酚，在增加处理效率的同时也适当地降低了成本。投放驯化菌种也可以用吸附剂作为载体来固定菌种[27]，这是吸附剂与活性污泥法的联用。对吸附剂进行改性，将催化剂当做一种载体添加光催化剂，如沸石中添加TiO2这种半导体以达到吸附剂和光催化氧化法的联合使用[28]，光催化活性不受影响但光催化剂的用量减少，可以大大节约成本，用膨润土作载体添加TiO2可以有相同的结果[29]，即光催化活性与常规光催化法相当但光催化剂用量减少。

3 总结

综上所述，吸附法作为一种简单有效的方法在焦化废水的处理中一直扮演着很重要的角色，是处理焦化废水中常用的方法。随着研究的深入，吸附法的吸附剂选择呈现出低成本、可回收和多样化的趋势，即选择低廉的吸附剂，同时要求吸附剂的回收再利用和废水中污染物的回收再利用，达到无论是吸附剂还是待处理废水都能够变废为宝。与此同时，吸附法与高级氧化法、光催化氧化法、活性污泥法联用也并不罕见，在目前没有一种处理方法可以彻底解决焦化废水的污染问题的情况下，各种方法的联用是处理焦化废水最好的选择。

[1]刘其，于长水，全占军.鄂尔多斯焦化废水综合治理方案研究[J].环境科学，2007，19(1)：49～52.

[2]张志国，罗颖，刘春娥.浅析粉煤灰在废水处理中的应用[J].内蒙古石油化工，2010，(9)：25～26.

[3]段海霞，万新国，曲家惠.改性粉煤灰去除硝基苯废水的研究[J].工业安全与环保，2009,35(6)：15～16.

[4]何杰，等.天然沸石用于去除水体中有机污染物的效果[J].水处理技术，1998，24(5)：286～288.

[5]李华，杨风玲，程芳琴.蒙脱土与沸石对焦化废水中酚的去除效果比较研究[J].煤化工，2005，(6)：41～43.

[6]张敏.沸石去除微污染水源中氨氮的研究[J].污染防治技术，2002，15(4)：7.

[7]夏海萍，柯家骏.膨润土粘土矿吸附焦化废水中氨氮的研究[J].重庆环境科学，1995，17(6)：21～22.

[8]魏瑞霞，庞睿智，李艳霞.树脂吸附法回收焦化废水中的酚[J].工业水处理，2008,28(12)：65～69.

[9]孙越，王世和，傅大放，李爱民，张全兴.树脂吸附法处理TDI加氢还原生产废水[J].东南大学学报：自然科学版，2007,37(3)：491～494.

[10]王瑞芳，史作清，施荣富.胺基超高交联吸附树脂对苯酚和苯胺吸附行为的研究[J].高分子学报，2005，(3)：339～344.

[11]许昭怡，张全兴，陈金龙.大孔树脂吸附法在含酚废水处理中的应用[J].上海环境科学，2000，(9)：429～431.

[12]李学忠，刘源，刘俊峰.炉渣过滤—树脂吸附法处理焦化废水的研究[J].湘潭师范学院学报：自然科学版，2007,29(1)：61～63.