Métodos de tratamento físico-químico de águas residuais de alcatrão

O alcatrão de hulha é um dos importantes produtos da indústria de coque. Sua composição é extremamente complexa e, na maioria dos casos, é separado, purificado e utilizado pela indústria de alcatrão de hulha.

　　O refino de alcatrão de hulha pode produzir vários produtos químicos, mas a geração de grandes quantidades de águas residuais tóxicas ocorre durante o processo de processamento de alcatrão de hulha. ，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 Oxidação Supercrítica

　　A tecnologia de oxidação em água supercrítica (SCWO) é uma nova tecnologia de oxidação proposta em meados da década de 1980 que pode destruir completamente a estrutura de substâncias orgânicas. É uma reação de oxidação que aquece e pressuriza a água até o estado supercrítico (Tc ≥ 374,3 ℃, Pc ≥ 22,1 MPa) com adição de oxigênio. Neste estado, a solubilidade das substâncias orgânicas na água aumenta significativamente, permitindo um contato e reação completos com o oxidante. Quase todas as substâncias orgânicas podem ser oxidadas e decompostas em CO2 e H2O, com alta eficiência de decomposição.

　　Quan Kui et al. trataram águas residuais de alcatrão de hulha com alto teor de fenol usando um dispositivo intermitente de oxidação em água supercrítica sob condições de reação ótimas de temperatura de 420 ℃, pressão de 25 MPa, tempo de reação de 30 min e 2 vezes o oxidante peróxido de hidrogênio. A taxa de remoção de COD atingiu 99,1%, com concentração de COD na água de saída de 152 mg/L. Exceto pelo indicador de amônia, a água de saída atinge basicamente o padrão nacional de descarga de nível II. A quantidade de oxidante adicionado é crucial para a ocorrência desta reação; excesso ou falta afetará a qualidade da água de saída. Este método tem um efeito significativo no tratamento de águas residuais orgânicas de alta concentração e recomenda-se aumentar a aplicação industrial de dispositivos supercríticos.

　　1.1.3 Método de ozonização

　　O ozônio possui forte poder oxidante, podendo reagir rapidamente com a maioria das substâncias orgânicas e microrganismos em águas residuais. Pode remover fenol e cianeto das águas residuais, reduzir o COD nas águas residuais e, ao mesmo tempo, desempenhar funções de descoloração, desodorização e desinfecção.

　　Chang et al. trataram águas residuais por ozonização, removendo quase completamente a cor e o tiocianato. Quando a taxa de consumo de ozônio foi reduzida para 0,2, a taxa de remoção de TOC aumentou para 30%, indicando que os poluentes facilmente biodegradáveis foram quase completamente degradados. No entanto, devido às desvantagens como alto investimento e alto consumo de eletricidade, este método é geralmente usado para o tratamento profundo de águas residuais.

　　1.1.4 Método ultrassônico

　　A pesquisa sobre ultrassom em química começou em 1927, quando Richards e Loomis descobriram que o ultrassom pode acelerar reações convencionais e reações de oxirredução. Nos últimos anos, o ultrassom tem sido usado para resolver problemas relacionados à poluição da água, especialmente para remover substâncias orgânicas tóxicas e difíceis de degradar em águas residuais.

　　Ning et al. realizaram um experimento comparativo com um grupo de lodo ativado único e outro grupo de lodo ativado tratado com ultrassom. Após o tratamento das águas residuais por ambos por 240 minutos, a taxa de remoção de COD do último grupo aumentou de 48,29% para 80,54%.

　　1.1.5 Método de oxidação Fenton

　　A reação Fenton tradicional gera radicais hidroxila altamente reativos através de peróxido de hidrogênio e sais de ferro divalente em condições ácidas, e esses radicais podem oxidar compostos orgânicos. No entanto, o método Fenton tradicional produz Fe3+, o que causa problemas de lodo problemáticos. Nos últimos anos, várias pesquisas foram realizadas para aprimorar o processo de oxidação Fenton tradicional.

　　Chu et al. modificaram o método de oxidação Fenton, substituindo sais de ferro divalente por pó de ferro para formar um novo reagente Fenton com peróxido de hidrogênio. Experimentos descobriram que não houve produção de Fe3+ e, em pH 6,5 e concentração de peróxido de hidrogênio de 0,3 mol/L, após 1 hora de reação, a taxa de remoção de DQO atingiu 44% a 50%, e a taxa de remoção de fenol total foi de quase 95%. A maioria dos compostos orgânicos, incluindo dibenzofurano, quinolina, resorcinol e furfural, foram completamente removidos. O método do reagente Fenton tem grande potencial no tratamento de águas residuais orgânicas tóxicas, nocivas e de difícil biodegradação, como águas residuais de alcatrão, mas o custo de tratamento deste método é relativamente alto e só é adequado para o tratamento de águas residuais de baixa concentração e em pequena quantidade.

　　1.1.6 Método do Dióxido de Cloro

　　O dióxido de cloro possui forte reatividade e capacidade oxidante, podendo reagir com muitos compostos orgânicos sob condições de tratamento de água. O dióxido de cloro reage com compostos fenólicos, antraceno, fenantreno, benzo(a)pireno e benz(a)antraceno em hidrocarbonetos aromáticos policíclicos, e compostos orgânicos de enxofre (como metanotiol, sulfetos e dissulfetos) sob condições de tratamento de água ou condições específicas. O dióxido de cloro não reage com hidrocarbonetos alifáticos e aromáticos, ácidos carboxílicos RCOOH (onde R é um grupo alquil saturado), álcoois, alguns ácidos carboxílicos insaturados, compostos N-heterocíclicos e pesticidas organoclorados, etc.

　　Zuo Jinlong estudou o efeito da remoção de águas residuais contendo alcatrão de carvão pelo dióxido de cloro, tendo como objeto um projeto de engenharia real de uma fábrica. Os resultados mostraram que, ao tratar amostras de água de alcatrão de carvão com concentração de 0,845 mg/L, sob pH 7, temperatura de 45℃ e tempo de reação de 1h, a taxa máxima de remoção de alcatrão de carvão foi de 42%. Isso indica que o alcatrão de carvão contém uma grande quantidade de substâncias de difícil degradação, especialmente componentes de asfalto. O tratamento de águas residuais contendo alcatrão de carvão ainda requer mais pesquisas aprofundadas.

　　1.1.7 Método de Incineração

　　Yang Yuanlin e outros, através de pesquisas sobre o tratamento de incineração de águas residuais, consideraram que o processo de tratamento por incineração é um método de tratamento viável para águas residuais de alta concentração produzidas por fábricas de coque e fábricas de gás, sendo especialmente adequado para regiões frias do norte. Além disso, o processo de incineração pode gerar vapor para uso na produção e na vida, o que pode reduzir significativamente os custos operacionais. Embora a eficiência de incineração seja alta e não cause poluição secundária, o custo de tratamento é caro, sendo mais aplicado no exterior e raramente utilizado no país.

　　1.1.8 Tecnologia de Tratamento por Plasma

　　A pesquisa sobre a tecnologia de tratamento de águas residuais orgânicas usando plasma de descarga de pulso de alta tensão de nanossegundos começou na década de 1990. Sob a ação de pulsos de alta tensão de nanossegundos, o plasma de descarga é gerado no espaço gasoso. O plasma de descarga contém uma grande quantidade de elétrons de alta energia. Esses elétrons de alta energia atuam nas moléculas de água, gerando uma grande quantidade de grupos oxidantes fortes, como elétrons hidratados, para oxidar a matéria orgânica na água, atingindo assim o objetivo de degradar a matéria orgânica.

　　Jiang Bairu e outros degradaram cianeto, nitrogênio amoniacal, DQO e outras substâncias orgânicas em águas residuais usando plasma de descarga. O nitrogênio amoniacal e os hidrocarbonetos aromáticos policíclicos nas águas residuais têm um grande impacto na remoção de DQO. A concentração de DQO apresenta uma tendência de diminuição, aumento, diminuição, aumento e diminuição. A remoção de cianeto e nitrogênio amoniacal é melhor. Descargas múltiplas podem reduzir o efeito inibitório do cianeto e do nitrogênio amoniacal sobre os microrganismos no processo de tratamento biológico e melhorar a biodegradabilidade. No entanto, o custo deste dispositivo de tratamento é alto e requer mais desenvolvimento para reduzir os custos.