气化炉排灰用于焦化废水处理的研究_张继柱

第34卷第2期2011年4月煤炭转化COALCONVERSIONVol.34No.2Apr.2011＊国家高技术研究发展计划(863)项目(2007AA05Z327)和中国科学院知识创新工程前沿方向项目(KGCX2-YW-334).1)硕士生,中国科学院研究生院,100049北京;中国科学院山西煤炭化学研究所,030001太原;2)副研究员;3)研究员、博士生导师,中国科学院山西煤炭化学研究所,030001太原收稿日期:2010-11-09;修回日期:2010-12-13气化炉排灰用于焦化废水处理的研究＊张继柱1)张永奇2)王洋3)摘要利用预处理后的气化炉排灰对焦化废水进行了深度处理,通过吸附实验研究了处理焦化废水的工艺条件,并对其吸附原理进行了初步探讨.研究结果表明,通过筛分和浮沉实验能够有效分离出灰分,富集排灰中的富含碳灰渣,其含碳量可达到80%;富含碳灰渣具有较快的吸附速率,在2h左右达到吸附饱和;富含碳灰渣用量为30g/L时CODcr去除率可达到88%;Freundlich吸附等温式能较好地描述吸附过程.富含碳灰渣具有较大比例的中孔结构,有利于吸附处理焦化废水,吸附速率大.关键词灰渣,富集,半焦,焦化废水,吸附中图分类号TQ536.40引言焦化废水是在煤制焦炭、煤气净化及焦化产品回收过程中产生的有毒有害高浓度废水,其成分复杂,含有85%左右的酚类化合物、难降解的脂肪族、杂环类以及多环芳香族化合物等有机物,还包括硫化物、氰化物和氨氮等无机物,属于较难生化降解的高浓度有机废水.[1]焦化废水多采用生化法进行处理,能达到较好的效果,CODcr值一般能降到400mg/L左右,但远不能达到国家一级排放标准.随着国家对环保要求的提高,对焦化废水进行深度处理具有重要的意义.煤气化是洁净煤技术中最重要的核心技术.流化床气化技术由于具有传热和传质特性好、流通量大、气化条件温和、适应煤种宽以及能利用碎煤等优点,是一个发展很快的技术.由于流化床气化过程本身固有的缺陷,即排灰中灰和炭完全分离困难以及细粉的带出,使得气化转化率低.因此,如何利用排灰中的炭对提高整个气化过程的经济性具有重要的意义.灰渣中的含碳部分实际上就是部分气化后的半焦,具有一定的比表面积,与活性炭相比,含有较高比例的中孔和大孔及较多的灰分.富含碳灰渣的比表面积低于活性炭,但成本低,硬度高,性质与活性炭相近.[4]废水中许多有机物分子较大,微孔在吸附过程中不起作用.[5]正是由于这些特点,富含碳灰渣在废水治理过程中具有广泛的应用前景.为有效利用气化炉排灰中的含碳物质,必须把灰渣中的灰分和富含碳灰渣(半焦)进行分离富集.本实验采用了先筛分后浮沉实验对流化床排灰进行了分离和富集,然后利用分离富集后富含碳部分(半焦)对焦化废水进行吸附实验.1实验部分1.1原料及仪器原料采用某流化床气化排灰,基本性质见表1.表1灰渣的基本性质Table1BasicpropertiesofslagProximateanalysis/%,adAMVFCSpecificsurfacearea/(m2·g-1)SBETSMICSMESOParticlesize/mm52.835.284.5937.389.96227.9<6Note:SBET———BETsurfacearea;SMIC———Microporesurfacearea;SMESO———Mesoporesurfacearea;%———Percentofweight.本实验所用的焦化废水取自太原市某焦化厂二级处理后的废水.主要水质指标CODcr值为390mg/L～570mg/L,pH=6.5.仪器:LAMOTTE水质多功能分析仪.吸附柱:直径12mm,高度270mm,有效容积为30mL.1.2实验方法1.2.1灰渣的预处理利用不同孔径的筛子(1.5mm和3mm)对气化排灰进行筛分.筛分后的不同粒径的灰渣在氯化锌(天津市东丽区天大化学试剂厂生产,AR)溶液中进行浮沉实验,溶液密度为1.8g/cm3.处理后的灰渣在干燥箱内烘干,烘干后放在干燥器内备用.1.2.2静态吸附实验室温下,向100mL具塞锥形瓶中加入一定量的预处理后的灰渣,然后向各个锥形瓶中加入50mL焦化废水,再将锥形瓶放在搅拌器上搅拌一定的时间,最后进行过滤,测量滤液的CODcr值,计算不同条件下CODcr的去除率.用稀硫酸(太原化肥厂化学试剂厂生产,AR)和氢氧化钠(天津市东丽区天大化学试剂厂生产,AR)溶液调节废水的pH值.1.2.3动态吸附实验室温下,废水以一定的流量通过装有高100mm预处理后灰渣的吸附柱,测量出水后废水的CODcr浓度,作动态吸附曲线.实验流程见图1.图1动态吸附实验流程Fig.1Flowchartofcolumnadsorptionexperiment1———Air