生物质气化废水处理技术分析

(整期优先)网络出版时间:2021-08-19
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生物质气化废水处理技术分析

龚坤 于丹

北京航天石化技术装备工程有限公司 北京 100000


摘要:对生物质气化过程中产生的废水的性质进行了分析,综述了生物质气化废水的主要处理技术和处理工艺,阐述了各种技术和工艺的优缺点及其研究现状,并提出今后生物质气化废水处理技术的发展趋势。


关键词:生物质气化 废水处理


1、生物质气化废水的来源及性质

生物质能是一种可再生能源,它作为化石能源的辅助能源备受关注。目前,生物质能转化技术主要包括生物质气化、液化、固化和直燃技术。其中生物质气化是生物能利用的重要手段之一。生物质气化会产生一定量的焦油,其消除方法主要有水洗法、过滤法、机械法和静电法等。其中水洗法同时有除焦油、除灰尘和降低温度三方面的效果,水洗之后形成洗焦废水,呈灰褐色,刺激性强,成分非常复杂。除不溶物外,还含有酚类化合物、苯系物、杂环等有机物。生物质气化废水的COD值高, 属于含有大量有毒有害物质、对环境造成极大危害的有机废水。如果废水处理不好,会造成严重的二次污染。目前该洗焦废水还没有成熟的处理技术和工艺,国内外均处于实验室研究阶段。生物质气化废水的处理对促进生物质资源合理转化利用和生物质气化产业的健康发展具有重要的现实意义。

  1. 生物质气化废水的预处理

生物质气化废水的预处理包括物理处理和化学处理,主要包括稀释、搅拌、混凝、吸附、过滤和添加化学试剂等。经过这些预处理后,废水的性能指标基本可以得到一定的降低。因此,高效的预处理成为生物质气化废水处理的重要步骤。物化法去除污染物效率高,运行稳定可靠。但各种污染物的去除往往需要几种方法, 运行成本也很高。因此,目前主要采用物化法作为生物处理的预处理或后续处理。

絮凝法是处理含油废水的常用方法。在废水处理中起着非常重要的作用,该方法通过添加适当的絮凝剂,在废水中形成高分子絮状物,通过吸附、架桥、中和及包埋等方式除去水中的污染物,常见的无机絮凝剂有铁盐和铝盐,如三氯化铁、硫酸亚铁、碱式氯化铝和硫酸铝等。虽然过滤或者吸附等物理预处理方法可以有效降低废水的COD,但如何进行后续处理却鲜有报道。

  1. 生物质气化废水的生物处理技术

生化法可以在单一的生物处理系统中去除各种污染物,操作简单,运行成本远低于物化法,因此生化处理方法是生物质气化废水处理的重要手段,主要包括好氧生物处理技术和厌氧生物处理技术。

(1)好氧生物处理技术

好养生物处理技术主要是利用微生物的新陈代谢,氧化、分解和吸附水中可溶性有机物和一些不溶性的有机物,并将其转化为无害稳定的物质从而净化水体。传统的好氧活性污泥技术不仅可以降低有机物的毒性,还可以驯化培养降解有机物的微生物。好氧膜生物反应器在废水处理中的应用始于20世纪60年代的美国,目前膜生物反应器在美国和日本已广泛应用于污水处理、粪便废水处理和有毒废水处理中。

(2)厌氧生物处理技术

用厌氧技术来降解难生物降解的有机物,不仅需要要改进菌种和驯化微生物,还需要改进工艺流程。厌氧生物处理只能作为生物质气化废水的预处理手段,后续处理需要其他工艺才能达到回用的要求。厌氧生物处理技术也存在一些问题,一般要求有机物浓度在中低水平(COD为1000~10000mg/L)。高浓度的洗焦废水需要稀释后才能进入生化处理,含氨酚等有毒物质的洗焦废水,最好采用脱酚、蒸氨预处理。

4、其他处理方法

目前,对生物质气化废水处理方法的研究主要集中在生物处理上,因为生物质气化废水也属于高浓度难降解有机焦化废水的范围,因此,可以借鉴以下处理方法。

  1. 湿式氧化

催化湿式氧化技术是在高温(150~350℃)和高压(5~20Mpa)下,用氧气或空气作为氧化剂,在催化剂的作用下,水中溶解或悬浮态的氨氮和有机污染物被氧化,最终转化为无害物质N2和CO2排放。具有净化效率高、工艺简单、占地面积的优点。这项技术始于20世纪70年代,国内在该方面的研究也比较早。1987至1992年,鞍山焦耐院与中科院大连化物所合作成功地研制出双组分高活性催化剂,对高浓度的含氨和有机物的焦化废水具有优异的处理效果。采用催化湿式氧化技术处理焦化废水是可行的,并且具有良好的效益。然而,在工业化应用过程中,催化湿式氧化技术也面临催化剂溶出、设备材料要求高和催化剂价格高等问题。

  1. 超临界氧化法

超临界水是指温度和压力都高于其临界点的水,当水的温度高于其临界温度374.3℃,压力大于其临界压力22.1Mpa时,水的性质发生了很大的变化,水的氢键几乎不存在。超临界水具有非常低的介电常数和良好的扩散传递性能,以及良好的溶剂化特征,这种方法由美国学者Modell在20世纪80年代提出,在短时间内,废水中99%以上的有机物可以迅速被氧化成H2O、CO2、N2和等无害小分子。

  1. 超声波法

利用超声波降解水中的化学污染物,特别是难降解的有机污染物,是近年来发展起来的一种新的处理技术。超声波由一系列疏密相间的纵波构成,纵波在液化介质中传播,当波能足够高时,在疏松的半周期内,形成空化核,空化核在爆破的瞬间,可以产生大约4000K和100Mpa左右产生局部高温、高压环境,产生速度约110m/s,冲击力强的微射流,称为超声空化,这些条件足以引起空化气泡内发生化学键断裂、水相燃烧、高温分解或自由基反应。

5、结语

生物质气化废水存在着严重的二次污染,目前以物理方法分离、以化学方法清除、以生物法降解为主,几种处理技术都存在一定的局限性,无法取得满意的效果。通过几种处理技术联用,应用高效能、多工艺且便于操作的组合处理装置将会得到更有效的处理效果。

参考文献:

  1. 生物质气化发电厂洗焦废水生物处理的中试研究[J]. 张文华,田沈,钱城,杨秀山.  环境科学学报. 2004(06)

  2. 生物质气化洗焦废水的混凝吸附对微生物降解的影响[J]. 张文华,田沈,钱城,曹亚莉,吴创之,袁振宏,杨秀山.  首都师范大学学报(自然科学版). 2002(04)

  3. 徐丽娜,孙清,王沛华,杨静,张峰龙.水体微生物降解生物质气化洗焦废水[J].科技信息,2009,{4}(05):576+565.

  4. 李剑,张春梅,袁振宏,孙波,徐丽娜,张峰龙,杨静,孙清.生物质气化洗焦废水处理技术的研究进展[J].可再生能源,2006,{4}(04):26-29.