常熟高速服务区废水处理装置现场沟通

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　气化废水是煤气化过程中，特别是洗涤、冷凝与分馆阶段产生的废水。这类废水成分复杂，污染物含量较高，水量大，且含有大量固体悬浮颗粒，有毒有害物质也非常多。因煤种、气化工艺不同，煤化工废水污染物组成差别较大，处理流程也不相同，因此处理难度较高，急需一种高效的方法，降低处理量，使废水回收再利用，降低煤气化过程的水耗。

　　冷冻浓缩是近年来发展迅速的一种浓缩方式，主要是利用固液相平衡原理进行固液分离。冷冻浓缩技术在低温常压下操作，降温至水的冰点以下使水冻结成冰，利用冰与水溶液之间的固液相平衡，溶液冰点比水低的物理特性，使冰优先析出，从而实现固液相分离溶液浓缩的目的。近年来，冷冻浓缩技术逐渐成熟，特别在食品领域得到推广和广泛应用。将冷冻浓缩技术应用于污水处理，一方面可以回收浓缩液中的物质，进行集中处理或回用，可减少废水处理量，减低排放甚;另一方面得到的产水可以循环使用，可减少工业水需求量并减少污水排放量，从而提高工业生产的经济效益，节约水资源。

　　早期的应用过程中，对冰晶生长机理了解较少，且数据积累不足，冷冻浓缩技术的应用受到限制。20世纪70年代，荷兰Eind-hoven大学的THIJSSEN等成功利用奥斯特瓦尔德成熟效应设置了再结晶器制造大冰晶，并建立了冰晶生长与种晶大小及添加量的数学模型，从而使冷冻浓缩技术逐渐被应用于工业化生产。

　　理论上冰的融化热为334.4J/g，仅为汽化潜热的1/7(水的汽化潜热2257J/g)，所以冷冻浓缩需要的能量更低。文玲等对冷冻浓缩污水处理的能耗进行了系统分析和计算，结果表明仅考虑污水处理能耗时，冷冻法比蒸发法节能30.35%，如果釆取预冷，可节能45.7%，如结合预冷和冰蓄冷后，比蒸发法节能62.5%。因此冷冻浓缩技术的能耗优势非常明显。但目前冷冻浓缩技术产生淡水的再利用途径目前还不明确，主要受处理产生的产水水质的影响。

　　尽管有许多研究结果表明，可通过差示扫描量热确定废水玻璃化转变温度，从而推算浓缩工艺最高水回收率。但在冷冻浓缩实际操作过程中，受浓缩液含量、操作条件等多种因素限制，产水实际水质都不相同，但目前冷浓浓缩处理实际废水的的研究报道极少。本研究以煤气化废水为处理对象开展冷冻浓缩技术研究，在不同浓缩倍率时分析处理后的产水水质，从而确定冷冻浓缩在这种复杂工业废水中的应用前景。

　　随着原油开采的劣质化、重质化，含氧含氮化合物增长趋势异常明显，增加了废水的处理难度。尤其是含氮杂环类化合物，传统的化学法、生物法很难将其降解，一旦被排放至土壤、水体、空气中，不仅造成大气、水体等生态环境持久的破坏，而且会严重威胁人类的饮食安全。在当今资源能源成本高涨与人们环保意识不断增强的双重背景下，有效处理高含油废水，提高企业的生产效率成为该领域的研究热点。许应芊等使用Fe2O3/SBA-15催化剂对高含油废水进行处理，处理后出水的可生化性能明显提高，为后续生物处理创造了良好的条件;陈天翼等利用废备了CuO/沸石催化剂，对高含油废水进行处理，结果表明废水色度的去除率高达99.7粉煤灰制%，CODCr去除率为88.27%;Carmen等研究表明，催化剂的投加量、温度、反应pH值以及H2O2投加量等工艺参数对高含油废水处理效率起着重要的作用。

　　作者采用新型催化剂钛硅分子筛对喹啉模拟高含油煤气化废水除油渗透汽化处理工艺进行研究，分别考察催化剂投加量、H2O2投加量、pH值和温度等对反应的影响，分析了催化剂的重复利用性能，并确定了最佳工艺条件，同时对反应动力学进行详细研究，以期为实际高含油煤气化废水处理提供理论依据。

　　1、实验部分

　近几年以来，人类的生产活动一直不断的向水体排放大量的含氮化合物，给地球水环境造成了极大的污染。含氮污染物分为无机氮以及有机氮。无机氮：NH4+-N、NO3--N和NO2--N，主要来自城市生活污水经污水处理厂的常规工艺处理之后排放的废水、冶金工业排放的焦化废水以及制肥厂产生的工业废水。有机氮：有机碱、尿素、蛋白质等，主要来自食品饮料加工行业、印染工业、制革工业及农业生产过程中农药的流失以及牲畜的排泄物。氮污染的危害如下：

　　1.1 水体富营养化

　　植物和藻类的生长离不开营养物质。在自然水体中，它们的生长经常会受到氮元素和磷元素的限制。当氮元素随着污水的排入而不断进入水体，就会引起水体的富营养，导致水生植物以及藻类过度繁殖，然后因此产生一系列的不良后果。

　　(1)一方面，某些藻类自身带的腥味就能使水质变恶劣并使水体腥臭难闻;另一方面，某些藻类本身含有的蛋白质毒素就会在水生物体内积累，并经过食物链危害人类的健康，更甚导致人中毒。

　　(2)水生植物以及藻类大量的繁殖，覆盖水体，从而极大的影响江河湖泊的观赏价值。

　　(3)如果以富营养化的水体作为水源，藻类就会堵塞住自来水厂的滤池影响生产;其含有的毒素和气味物质会使饮用水的质量受到影响。

　　根据资料，2011年我国地表水污染势态严重，NH4+-N是黄河水系、长江水系、珠江水系、辽河水系主要污染指标的其中之一，主要的湖泊、水库等富营养化问题非常严重。因为富营养化后水体溶氧量会减少，藻类会加速繁殖，导致水体变黑发臭，致使水体中鱼、虾等水产的正常繁殖和生长遭受影响，就会降低江河湖泊等的观赏性和利用价值。

　　1.2 威胁人类和水生动物的健康

　　水体中氮污染会给人类和水生生物的健康产生危害。一方面，因为水体中的亚硝酸盐会与人和动物血液中具有氧气传送功能的血红蛋白反应，将血红蛋白分子中的Fe2+氧化成Fe3+，抑制了氧的传输能力，导致组织缺氧、神经麻痹乃至窒息死亡。水体里的硝酸盐如果由于硝酸盐还原菌的作用生成亚硝酸盐或与胺、酚氨、氰胺等物质产生共同作用从而形成高度“三致"(致癌、致畸变、致突变)物质，对人类的健康造成严重影响。另一方面，富营养化导致藻类急剧繁殖，某些藻类自身的毒素在水产体内富集后，会经过食物链导致人类中毒。

　　1.3 增加水处理成本

　　如果用Cl2来处理水体中的NH4+-N，NH4+-N每增加1g，Cl2量则需增加8~10g。若利用其他化学法处理，必然会增加相应化学试剂的投加量。若果氨与含铜成分的设备相接触，会与铜表面的纯化层形成铜氨络离子，从而加快设备的腐烛速度，造成经济上的损失。

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　2、生物脱氮技术概述

　　自上世纪60年代起，陆陆续续产生了许多有效的污水脱氮的方法，其中有化学中和法、化学沉淀法、氨空气吹脱法、蒸汽汽提法、选择性离子交换法、折点氯化法等的物化法和生物硝化反硝化脱氮的生物脱氮法。物化脱氮法工艺繁复、资金投入大，以至于很难推广投产，生物脱氮技术的适用范围，成本及运转投入，操作简便也不会产生再次污染，污水达标排放可能性强，所以更加受到青睐。目前，生物脱氮技术主要有：

　　2.1 硝化反硝化脱氮工艺

　　传统的硝化反硝化脱氮工艺通过硝化过程使氨氮转化为NO3--N，然后通过反硝化过程使NO3--N还原为N2，以达到降低处理水质中总氮质量浓度的目的。

　　硝化反应的亚硝酸化和硝酸化两个阶段是由不同的微生物来完成的，硝化反应的亚硝酸化阶段主要是由氨氧化菌完成，主要有Nitrosomonas、

　　1.1 试剂与仪器

　　邻苯二甲酸氢钾;氢氧化钠;无水乙醇、浓硫酸;重铬酸钾、喹啉、硫酸银;H2O2;以上试剂均为分析纯;空心钛硅分子筛：工业级。

　　紫外可见分光光度计：UV-CARY300，扫描范围为200～800nm；分析天平：ME104E；pH计：PBS-3C；恒温鼓风干燥箱：DHG-9053A；离心机：TDL-40C；全自动反应釜：Auto-ChemAC-500M。

　　1.2 实验方法

　　高含油煤气化废水除油渗透汽化处理在反应釜中进行，用喹啉溶液配制不同COD模拟石油废水，并用质量分数为30%的硫酸调节溶液初始pH值，分别投加不同堆密度的钛硅分子筛催化剂和质量分数为30%的H2O2，然后低压中温条件下反应一定时间，反应结束后将溶液离心处理15min，并对清液的COD值和喹啉转化率进行测定。采用紫外可见分光光度计对中间产物的波长变化进行分析。