طرق المعالجة الفيزيائية والكيميائية لمياه الصرف الصحي المحتوية على القطران

煤焦油是焦化工业的重要产品之一，其组成成分极其复杂，多数情况下是由煤焦油工业专门进行分离、提纯后得到并加以利用。

　　煤焦油精加工可得到多种化工产品，但煤焦油加工过程中会产生大量的有毒废水، تحتوي هذه النفايات السائلة على مواد عضوية عالية التركيز، وسيانيد، ومواد شديدة السمية، وهي سامة للغاية ومعقدة التركيب. تشمل الملوثات العضوية بشكل أساسي المركبات العطرية أحادية الحلقة أو متعددة الحلقات والمركبات الحلقية غير المتجانسة المحتوية على النيتروجين والكبريت والأكسجين، مثل الفينولات عالية التركيز، والنفثالين، والأنيلين، والبيريدين، والكينولين، والبنزوبيرين، وما إلى ذلك. مركبات الفينول سامة لجميع الكائنات الحية، ويمكنها تعطيل الخلايا وتخثير البروتينات؛ يمكن للهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات أن تسبب السرطان للإنسان، وعادة ما يكون من الصعب تحللها بيولوجيًا.

حاليًا، يتم إجراء أبحاث مكثفة على معالجة مياه الصرف الصحي الناتجة عن عمليات التقطير في الصين والعالم، ولكن قلة من الناس يتعمقون في دراسة مياه الصرف الصحي الناتجة عن معالجة قطران الفحم. مياه الصرف الصحي الناتجة عن معالجة قطران الفحم تختلف عن مياه الصرف الصحي التقليدية الناتجة عن عمليات التقطير، والتي تحتوي على الفينول والسيانيد. بالإضافة إلى احتوائها على نسبة عالية من السيانيد والنيتروجين الأموني، فإن مياه الصرف الصحي الناتجة عن معالجة قطران الفحم تحتوي على نسبة أعلى بكثير من الفينولات المتطايرة، والإندول، والبنزوبيرين (أ)، والنفثالين، والإندين، والزيوت، وما إلى ذلك، مقارنة بمياه الصرف الصحي التقليدية الناتجة عن عمليات التقطير.

وفقًا لخصائص عملية إنتاج معالجة القطران، تأتي مياه الصرف الصحي الناتجة عن قطران الفحم بشكل أساسي من: ① مياه فصل القطران في خزان القطران الكبير، والتي يتم جمعها بشكل منفصل؛ ② مياه فصل المبخرات من المرحلة الأولى والثانية لمعالجة القطران، ومياه فصل فاصل الزيت والماء للنفثالين الصناعي؛ ③ مياه فصل خزان القطران الكبير ومياه الصرف الصحي من مختلف فواصل معالجة القطران يتم إرسالها إلى خزان مياه الصرف الصحي للشركة؛ ④ مياه الصرف الصحي الناتجة عن غسل وتحليل NaSO4 ومياه الصرف الصحي من وحدة الفينول المكرر، حيث تحتوي مياه الصرف الصحي عالية التركيز من الفينول المكرر على 3% إلى 10% من الفينولات المتطايرة، ويتم إعادتها إلى خزان خلط الغسيل والتحليل لاستعادة الفينولات المتطايرة، ويتم تخزين مياه الصرف الصحي الناتجة عن الغسيل والتحليل ومعالجتها بشكل منفصل؛ ⑤ مياه الصرف الصحي الناتجة عن تنظيف الأنابيب ومياه الصرف الصحي السطحية ومياه الصرف الصحي المنزلية، وما إلى ذلك. حاليًا، لم يتم معالجة معظم مياه الصرف الصحي الناتجة عن القطران في الصين بشكل كامل، مما يؤدي إلى تلوث خطير للبيئة المائية، وفي الوقت نفسه يهدد صحة الإنسان.

طريقة معالجة مياه الصرف الصحي الناتجة عن القطران مشابهة إلى حد كبير لطريقة معالجة مياه الصرف الصحي الناتجة عن عمليات التقطير. من خلال المعالجة الأولية العامة والمعالجة البيولوجية لإزالة النيتروجين والمعالجة الثانوية، من الصعب جدًا تحقيق المؤشرات النهائية مثل COD والنيتروجين الأموني. يستعرض هذا المقال طرق معالجة مياه الصرف الصحي الناتجة عن القطران في السنوات الأخيرة في الداخل والخارج، ويحلل المشاكل الموجودة فيها، ويقترح اتجاهات تطوير تقنيات معالجة مياه الصرف الصحي الناتجة عن القطران.

1 الوضع الحالي لمعالجة المواد العضوية صعبة التحلل في مياه الصرف الصحي الناتجة عن القطران

1.1 طرق المعالجة الفيزيائية والكيميائية

1.1.1 طريقة التخثير

مفتاح طريقة التخثير هو عامل التخثير، وعوامل التخثير الشائعة تشمل أملاح الألومنيوم، وأملاح الحديد، والبولي ألومنيوم، وما إلى ذلك. قام يان جيا باو وآخرون بإعداد عامل تخثير جديد - بولي سيليكات كبريتات الحديد باستخدام سيليكات الصوديوم وكبريتات الحديد، واستكشفوا تأثير عوامل مثل نسبة مولات Fe إلى Si، ودرجة الحموضة (pH)، وكمية الإضافة على فعالية التخثير لبولي سيليكات كبريتات الحديد. وجدوا أنه عندما تكون نسبة n(Fe)∶n(Si)=1.00∶1.00، ودرجة حموضة العينة المائية 6.52، وكمية الإضافة 20 ملجم/لتر، فإن معدل إزالة الزيت يصل إلى 90.2%، ومعدل إزالة COD حوالي 62.5%. يرجع الأداء المتميز لهذا المخثر إلى إضافة سيليكات نشطة أثناء عملية التحضير، مما يحسن التركيب المورفولوجي للبوليمر. تطوير عوامل تخثير جديدة ذات تكلفة منخفضة وفعالية عالية يساعد في المعالجة الفعالة لمياه الصرف الصحي. لا يزال استكشاف أداء بولي سيليكات كبريتات الحديد من خلال ثلاثة عوامل غير كافٍ، على سبيل المثال، يجب أيضًا مراعاة عوامل أخرى مثل درجة الحرارة.

　　1.1.2 طريقة الأكسدة فوق الحرجة

　　超临界水氧化（SCWO）技术是20世纪80年代中期提出的一种能彻底破坏有机物结构的新型氧化技术，即将水加温加压至超临界状态（Tc≥374.3℃，Pc≥22.1MPa）的加氧反应。此状态下有机物在水中溶解度大幅增加，能与氧化剂充分接触反应，几乎所有的有机物都可以被氧化分解成CO2和H2O，有很高的分解效率。

　　全魁等在最佳反应条件温度420℃、压力25MPa、反应时间30min、2倍的双氧水氧化剂，采用间歇超临界水氧化装置处理焦油高酚废水，COD去除率达99.1%，出水COD质量浓度152mg/L，除氨氮指标外，出水基本达到国家二级排放标准。氧化剂的加入量对该反应的进行至关重要，过多或过少都会影响出水水质。该方法在处理高浓度有机废水上效果显著，建议加大超临界装置的工业应用。

　　1.1.3臭氧化法

　　臭氧具有超强的氧化性，能与废水的绝大多数有机物、微生物迅速反应，可以去除废水中的酚、氰，并降低废水中的COD，同时起到脱色、除臭、消毒的作用。

　　Chang等通过臭氧化法来处理废水，色度和硫氰酸盐几乎被完全去除，臭氧消耗率降为0.2时，TOC去除率增加到30%，表明易降解污染物几乎被完全降解。但是由于这种方法投资高、耗电多等缺点，一般用于废水的深度处理。

　　1.1.4超声波法

　　超声波在化学方面的研究始于1927年，Richards和Loomis发现超声波可以加速常规反应和氧化还原反应。近年来，超声波被用于解决水污染有关的问题，尤其是去除废水中的有毒且难降解有机物。

　　Ning等进行了对比试验，一组单一活性污泥，另一组经过超声波处理过的活性污泥。废水由两者处理240min后，后者的COD去除率由48.29%提高到80.54%。

　　1.1.5 Fenton氧化法

　　يتفاعل فينتون التقليدي عن طريق إنتاج جذور الهيدروكسيل عالية النشاط من خلال بيروكسيد الهيدروجين وأملاح الحديد الثنائي في ظروف حمضية، والتي يمكنها أكسدة المركبات العضوية. ومع ذلك، فإن طريقة فينتون التقليدية تنتج Fe3+، مما يسبب مشاكل طينية مزعجة. في السنوات الأخيرة، تم إجراء أبحاث مختلفة لتعزيز عملية أكسدة فينتون التقليدية.

　　قام تشو وآخرون بتحسين طريقة أكسدة فينتون، وتحديداً عن طريق استبدال أملاح الحديد الثنائي بمسحوق الحديد، لتشكيل كاشف فينتون جديد مع بيروكسيد الهيدروجين. أظهرت التجارب أنه لم يتم إنتاج Fe3+، وعند درجة حموضة 6.5 وتركيز بيروكسيد الهيدروجين 0.3 مول/لتر، بعد تفاعل لمدة ساعة واحدة، وصل معدل إزالة الطلب الكيميائي على الأكسجين (COD) إلى 44% - 50%، ووصل معدل إزالة الفينول الكلي إلى ما يقرب من 95%. تمت إزالة معظم المواد العضوية بالكامل، بما في ذلك ثنائي بنزوفوران والكينولين والهيدروكينون والفينول. تتمتع طريقة كاشف فينتون بإمكانيات كبيرة في معالجة مياه الصرف الصحي العضوية السامة والضارة والتي يصعب تحللها بيولوجيًا، مثل مياه الصرف الصحي للقطران، ولكن تكلفة المعالجة بهذه الطريقة مرتفعة، وهي مناسبة فقط لمعالجة مياه الصرف الصحي منخفضة التركيز وكميات قليلة.

　　1.1.6 طريقة ثاني أكسيد الكلور

　　يتمتع ثاني أكسيد الكلور بنشاط تفاعلي وقدرة أكسدة قوية، ويمكنه التفاعل مع العديد من المركبات العضوية في ظروف معالجة المياه. يتفاعل ثاني أكسيد الكلور مع المركبات الفينولية، والهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات مثل الأنثراسين والفينانثرين والبنزو(أ)بيرين والبنزو(أ)أنثراسين، ومركبات الكبريت العضوية (مثل الميثانثيول، وثيوإيثر، وثنائي الكبريتيد) في ظروف معالجة المياه أو ظروف محددة. لا يتفاعل ثاني أكسيد الكلور مع الهيدروكربونات الأليفاتية والعطرية، والأحماض الكربوكسيلية RCOOH (حيث R هي ألكيل مشبع)، والكحولات، وبعض الأحماض الكربوكسيلية غير المشبعة، ومركبات النيتروجين الحلقية، ومبيدات الآفات العضوية المكلورة، وما إلى ذلك.

　　درس تشو جين لونغ تأثير ثاني أكسيد الكلور على إزالة مياه الصرف الصحي المحتوية على قطران الفحم باستخدام مشروع مصنع فعلي كموضوع، وأظهرت النتائج أنه عند معالجة عينة مياه قطران الفحم بتركيز 0.845 ملغم/لتر، عند درجة حموضة 7 ودرجة حرارة 45 درجة مئوية ووقت تفاعل 1 ساعة، كان الحد الأقصى لمعدل إزالة قطران الفحم 42%. يشير هذا إلى أن قطران الفحم يحتوي على كمية كبيرة من المواد التي يصعب تحللها، وخاصة مكونات الأسفلت. لا تزال معالجة مياه الصرف الصحي المحتوية على قطران الفحم بحاجة إلى مزيد من البحث المتعمق.

　　1.1.7 طريقة الحرق

　　من خلال دراسة معالجة مياه الصرف الصحي بالحرق، يعتقد يانغ يوان لين وآخرون أن عملية المعالجة بالحرق هي طريقة معالجة عملية لمياه الصرف الصحي عالية التركيز الناتجة عن مصانع التقطير ومصانع الغاز، وهي مناسبة بشكل خاص للمناطق الشمالية الباردة، ويمكن لعملية الحرق أيضًا إنتاج بخار للاستخدام في الإنتاج والحياة، مما يقلل بشكل كبير من تكاليف التشغيل. على الرغم من أن كفاءة الحرق عالية ولا تسبب تلوثًا ثانويًا، إلا أن تكلفة معالجتها باهظة، ويتم استخدامها على نطاق واسع في الخارج، ونادرًا ما تستخدم في الداخل.

　　1.1.8 تقنية معالجة البلازما

　　بدأ البحث في تقنية معالجة مياه الصرف الصحي العضوية باستخدام بلازما التفريغ النبضي عالي الجهد بالنانوثانية في التسعينيات. تحت تأثير نبضات النانوثانية عالية الجهد، يحدث تفريغ بلازما في الفجوة الغازية، وتوجد كمية كبيرة من الإلكترونات عالية الطاقة في بلازما التفريغ. تعمل هذه الإلكترونات عالية الطاقة على جزيئات الماء، وتنتج كمية كبيرة من الإلكترونات المائية ومجموعات الأكسدة القوية الأخرى لأكسدة المواد العضوية في الماء، وبالتالي تحقيق هدف تحلل المواد العضوية.

　　استخدم جيانغ باي رو وآخرون البلازما التفريغية لتحلل السيانيد والأمونيا والـ COD والمواد العضوية الأخرى في مياه الصرف الصحي. تؤثر الأمونيا والـ COD في مياه الصرف الصحي بشكل كبير على تأثير إزالة الـ COD، ويتجه تركيز الـ COD نحو الانخفاض والارتفاع والانخفاض والارتفاع والانخفاض. بينما يكون تأثير إزالة السيانيد والأمونيا جيدًا. يمكن أن يقلل التفريغ المتكرر من التأثير المثبط للسيانيد والأمونيا على الكائنات الحية الدقيقة في عملية المعالجة البيولوجية، ويزيد من قابلية التحلل البيولوجي. ومع ذلك، فإن تكلفة جهاز المعالجة هذا مرتفعة، ولا يزال بحاجة إلى مزيد من التطوير لتقليل التكاليف.