Métodos de tratamiento físico-químico de aguas residuales de alquitrán

El alquitrán de hulla es uno de los productos importantes de la industria de coquización. Su composición es extremadamente compleja y, en la mayoría de los casos, se separa, purifica y utiliza específicamente por la industria del alquitrán de hulla.

　　El procesamiento fino del alquitrán de hulla puede obtener una variedad de productos químicos, pero el proceso de procesamiento del alquitrán de hulla genera grandes cantidades de aguas residuales tóxicas. ，该类废水含高浓度有机物、氰等剧毒物质，毒性大，成分复杂。其中有机污染物主要为单环或多环芳香族化合物以及含氮、硫、氧的杂环化合物，如高浓度的酚、萘、苯胺、吡啶、喹啉、苯并芘等。酚类化合物对所有的生物都有毒，它们可以使细胞失去活力，蛋白质凝固;多环芳烃可使人致癌，一般很难生物降解。

　　现在国内乃至世界都在大力研究焦化废水的处理问题，鲜有人深入研究煤焦油废水。煤焦油加工废水与传统焦化污水即酚氰污水既有相同之处又有很大区别，除都含有高的氰、氨氮外，煤焦油加工污水中挥发酚、吲哚、苯并芘(a)、萘、茚、油类等含量远大于传统焦化污水。

　　根据焦油加工生产工艺的特点，煤焦油废水主要来自:①焦油大槽中的焦油静置分离水，此部分污水单独收集;②焦油一段、二段蒸发器分离水，工业萘油水分离器分离水;③焦油大槽分离水与焦油加工各分离器废水送公司废水槽;④洗涤分解NaSO4污水及精酚装置污水，其中精酚高浓污水挥发酚含量在3%～10%，返回洗涤分解配碱槽，回收其中挥发酚，洗涤分解污水单独储存处理;⑤清扫管道产生的废水以及地表污水，生活污水等。目前我国焦油废水大都未经彻底处理，造成水环境严重污染，同时也威胁到人类的健康。

　　焦油废水的处理方式与焦化废水大致相同，通过一般的预处理、生物脱氮二次处理，最终的COD、氨氮等指标很难达标。本文中综述了近年来国内外焦油废水的处理方法，并对其中存在的问题做了分析，提出焦油废水处理技术的发展趋势。

　　1焦油废水难降解有机物的处理现状

　　1.1物理化学处理方法

　　1.1.1混凝法

　　混凝法的关键在于混凝剂，常见的混凝剂有铝盐、铁盐、聚铝等。颜家保等以硅酸钠和硫酸铁制备了一种新型的混凝剂—聚硅硫酸铁，探究了聚硅硫酸铁的Fe与Si的摩尔比、pH以及投加量等因素对聚硅硫酸铁的混凝效果。发现当n(Fe)∶n(Si)=1.00∶1.00，水样pH为6.52以及投加量为20mg/L时，除油率达到90.2%，COD去除率约为62.5%。该絮凝剂之所以表现突出，是因为在制备过程中加入了活性硅酸，改善了聚合物的形态结构。开发成本低、功效大的新型混凝剂有助于废水的高效处理。通过3种因素来探讨聚硅硫酸铁的性能还略显不足，例如温度等其他因素也应考虑。

　　1.1.2 Método de oxidación supercrítica

　　La oxidación con agua supercrítica (SCWO) es una nueva tecnología de oxidación propuesta a mediados de la década de 1980 que puede destruir por completo la estructura de la materia orgánica. Consiste en calentar y presurizar el agua hasta un estado supercrítico (Tc≥374.3℃, Pc≥22.1MPa) para realizar una reacción de oxidación con oxígeno. En este estado, la solubilidad de la materia orgánica en el agua aumenta considerablemente, lo que permite un contacto y una reacción completos con el oxidante. Casi toda la materia orgánica puede ser oxidada y descompuesta en CO2 y H2O, logrando una alta eficiencia de descomposición.

　　Quan Kui et al. trataron aguas residuales de alquitrán de hulla ricas en fenoles con un dispositivo intermitente de oxidación con agua supercrítica bajo condiciones de reacción óptimas de 420℃, 25MPa, 30min de tiempo de reacción y 2 veces la cantidad de peróxido de hidrógeno como oxidante. La tasa de eliminación de COD alcanzó el 99.1%, con una concentración de COD en el efluente de 152 mg/L. Excepto por el nitrógeno amoniacal, el efluente básicamente cumplió con el segundo nivel de estándar de descarga nacional. La cantidad de oxidante añadido es crucial para el progreso de la reacción; tanto el exceso como la escasez afectarán la calidad del efluente. Este método es significativamente efectivo para tratar aguas residuales orgánicas de alta concentración y se recomienda aumentar la aplicación industrial de dispositivos supercríticos.

　　1.1.3 Método de ozonización

　　El ozono tiene una fuerte capacidad oxidante y puede reaccionar rápidamente con la mayoría de la materia orgánica y microorganismos en las aguas residuales. Puede eliminar fenoles y cianuros de las aguas residuales, reducir el COD, y al mismo tiempo, decolorar, desodorizar y desinfectar.

　　Chang et al. trataron aguas residuales mediante ozonización, eliminando casi por completo la turbidez y los tiocianatos. Cuando la tasa de consumo de ozono se redujo a 0.2, la tasa de eliminación de TOC aumentó al 30%, lo que indica que los contaminantes fácilmente biodegradables fueron casi completamente degradados. Sin embargo, debido a las desventajas de esta método, como la alta inversión y el alto consumo de electricidad, generalmente se utiliza para el tratamiento profundo de aguas residuales.

　　1.1.4 Método ultrasónico

　　La investigación sobre el uso de ultrasonidos en química comenzó en 1927, cuando Richards y Loomis descubrieron que los ultrasonidos podían acelerar las reacciones convencionales y las reacciones de oxidación-reducción. En los últimos años, los ultrasonidos se han utilizado para resolver problemas relacionados con la contaminación del agua, especialmente para eliminar contaminantes orgánicos tóxicos y difíciles de degradar en las aguas residuales.

　　Ning et al. realizaron experimentos comparativos, utilizando un grupo con lodos activados simples y otro grupo con lodos activados tratados con ultrasonidos. Después de tratar las aguas residuales con ambos durante 240 minutos, la tasa de eliminación de COD del segundo grupo aumentó del 48.29% al 80.54%.

　　1.1.5 Método de oxidación Fenton

　　La reacción de Fenton tradicional genera radicales hidroxilo de alta actividad a través de peróxido de hidrógeno y sales de hierro divalente en condiciones ácidas, y estos radicales pueden oxidar compuestos orgánicos. Sin embargo, el método de Fenton tradicional produce Fe3+, lo que causa problemas de lodos molestos. En los últimos años, se han llevado a cabo diversas investigaciones para mejorar el proceso de oxidación de Fenton tradicional.

　　Chu y otros, a través de un método de oxidación de Fenton modificado, específicamente reemplazando las sales de hierro divalente por hierro en polvo, constituyeron un nuevo reactivo de Fenton junto con peróxido de hidrógeno. Los experimentos descubrieron que no se producía Fe3+, y que a un pH de 6.5 y una concentración de peróxido de hidrógeno de 0.3 mol/L, después de 1 hora de reacción, la tasa de eliminación de COD alcanzaba el 44% al 50%, y la tasa de eliminación de fenol total se acercaba al 95%. La mayoría de los compuestos orgánicos, incluidos el bicicloheptano, la quinolina, el resorcinol y el furfural, se eliminaron por completo. El método del reactivo de Fenton tiene un gran potencial en el tratamiento de aguas residuales tóxicas, nocivas y difíciles de biodegradar, como las aguas residuales de alquitrán, pero el costo de tratamiento de este método es relativamente alto y solo es adecuado para el tratamiento de aguas residuales de baja concentración y pequeñas cantidades.

　　1.1.6 Método del dióxido de cloro

　　El dióxido de cloro tiene una alta reactividad y capacidad oxidante, y puede reaccionar con muchos compuestos orgánicos en condiciones de tratamiento de agua. El dióxido de cloro reacciona con compuestos fenólicos, antraceno, fenantreno, benzo(a)pireno y benzo(a)antraceno en hidrocarburos aromáticos policíclicos, y con compuestos de azufre orgánico (como metanotiol, tioéteres y disulfuros) en condiciones de tratamiento de agua o condiciones específicas. El dióxido de cloro no reacciona con hidrocarburos alifáticos y aromáticos, ácidos carboxílicos RCOOH (donde R es un grupo alquilo saturado), alcoholes, algunos ácidos carboxílicos insaturados, compuestos N-heterocíclicos y pesticidas organoclorados, etc.

　　Zuo Jinlong estudió el efecto de eliminación de aguas residuales que contienen alquitrán de hulla por dióxido de cloro utilizando un proyecto de ingeniería real de una planta como objeto. Los resultados mostraron que, al tratar muestras de agua de alquitrán de hulla con una concentración de masa de 0.845 mg/L, a pH 7, temperatura 45 ℃ y tiempo de reacción de 1 h, la tasa máxima de eliminación de alquitrán de hulla fue del 42%. Esto indica que el alquitrán de hulla contiene una gran cantidad de sustancias difíciles de degradar, especialmente componentes de asfalto. El tratamiento de aguas residuales que contienen alquitrán de hulla requiere una investigación más profunda.

　　1.1.7 Método de incineración

　　Yang Yuanlin y otros, a través de la investigación sobre el tratamiento de aguas residuales por incineración, concluyeron que el proceso de tratamiento por incineración es un método de tratamiento factible para aguas residuales de alta concentración producidas por plantas de coquización y plantas de gas, especialmente adecuado para regiones frías del norte. Además, el proceso de incineración puede generar vapor para uso en producción y vida, lo que puede reducir significativamente los costos operativos. Aunque la eficiencia de incineración es alta y no causa contaminación secundaria, su costo de tratamiento es elevado, se utiliza más en el extranjero y es poco común en el país.

　　1.1.8 Tecnología de tratamiento por plasma

　　La investigación sobre la tecnología de tratamiento de aguas residuales orgánicas mediante plasma de descarga de pulsos de nanosegundos de alto voltaje comenzó en la década de 1990. Bajo la acción de pulsos de alto voltaje de nanosegundos, se genera plasma de descarga en el espacio de gas. Hay una gran cantidad de electrones de alta energía en el plasma de descarga. Estos electrones de alta energía actúan sobre las moléculas de agua, generando una gran cantidad de grupos fuertemente oxidantes como electrones hidratados para oxidar la materia orgánica en el agua, logrando así el propósito de degradar la materia orgánica.

　　Jiang Bairu y otros utilizaron plasma de descarga para degradar cianuro, nitrógeno amoniacal, DQO y otras sustancias orgánicas en aguas residuales. El nitrógeno amoniacal y los hidrocarburos aromáticos policíclicos en las aguas residuales tienen un gran impacto en el efecto de eliminación de la DQO. La concentración de DQO muestra una tendencia de disminución, aumento, disminución, aumento, disminución. El efecto de eliminación de cianuro y nitrógeno amoniacal es mejor. Las descargas múltiples pueden reducir el efecto inhibidor del cianuro y el nitrógeno amoniacal sobre los microorganismos en el proceso de tratamiento biológico y mejorar la biodegradabilidad. Sin embargo, el costo de este dispositivo de tratamiento es alto y requiere un mayor desarrollo para reducir los costos.