焦化废水资源化处理耦合新过程及调控机制

Current technologies for coking wastewater treatment often contain a complex process with multi-stage but low effiency. This project proposes a novel process of coauglation- bioelectrochemical treatment-membrane distillation, which has potential advantages of water purification and electricity generation. The investigation mainly covers the coagulation strengthening,bioelectrochemical augmentation, membrane distillation enhancement and system optimization. This proposal will try to explore the design and synthesis of special inorganic-organic hybrid coagulant, to reveal the bioelectrochemical catalytic process and interactions between organics, electrode and microorganism, to establish a micro/nano material roughness and surface chemical modification method for membrane anti-fouling, and to optimize the overall system of the multi-unit/system integration process. The main purpose of this project is to form a theory frame for the novel wastewater→reclaimed water process and furthermore the harmless disposal and recycle of coking wastewater.

现有煤化工焦化废水处理普遍存在工艺复杂、步骤多、效率低等问题。本项目提出混凝-生物电化学系统-膜蒸馏的焦化废水资源化处理新方法，可以实现高品质再生水的稳定输出并产生部分电能。重点从界面调控强化混凝、生物电化学反应强化、膜蒸馏强化分离/富集和系统耦合优化集成四个方面开展研究。设计合成具有特殊无机-有机杂化结构的絮凝剂，研究絮体/絮凝剂/有机（或无机）污染物间界面作用机理和混凝性能调控；研究微生物群落演替规律和有机物/电极/微生物在去除污染物过程中的相互作用机制，揭示生物电极反硝化中的微生物催化过程及促进机制；分析膜蒸馏过程污染物分离/富集的影响因素及膜污染形成机制，探索表面结构改变对膜抗污染性能的定向调控；揭示系统内各单元间协同耦合机制，确立多单元系统集成过程的评价方法及优化调控策略。旨在形成焦化废水→再生水一体式资源化处理新工艺，为焦化废水的无害化处置和资源化利用奠定理论基础。

焦化生产耗水量大，产生的废水污染物浓度高、成分复杂，现有处理技术普遍存在工艺复杂、步骤多、效率低等问题，已经成为制约我国煤化工发展的瓶颈之一。项目从污染物的迁移转化机制、界面调控功能材料设计合成强化处理、生物电化学强化反应、膜蒸馏强化分离/富集和系统耦合优化集成等方面开展了系列研究工作。明晰了焦化废水中污染物的迁移转化规律，设计合成了具有界面调控功能的有机无机杂化絮凝等功能材料，阐明了絮凝剂和吸附剂等对焦化废水中多组分有机污染物的靶向去除机制；探究了焦化废水中以苯酚为主的污染物在电化学系统中的降解动力学及转化机制，建立了共代谢及生物负载活性焦耦合电化学系统强化有机物降解及同步产电工艺；开发了适用于焦化废水深度处理的抗污染膜改性方法，揭示了膜表面性质对复杂污染体系下膜蒸馏传质和传热阻力的影响机制；构建了过程多目标优化模型，提出了焦化废水耦合处理新过程优化操作参数。已经形成焦化废水→再生水一体式资源化处理新工艺，为焦化废水的无害化处置和资源化利用奠定理论基础。