煤化工廢水處理工藝技術(shù)的研究及應(yīng)用進展

艾 娟

內(nèi)蒙古大唐國際再生資源開發(fā)有限公司

煤化工廢水處理工藝技術(shù)的研究及應(yīng)用進展

艾 娟

內(nèi)蒙古大唐國際再生資源開發(fā)有限公司

近年來，可實現(xiàn)石油和天然氣資源補充和部分替代的新型煤化工得到較快發(fā)展。煤制油、煤制烯烴、煤制天然氣和煤制乙二醇等被國家發(fā)改委確定為重點示范發(fā)展方向。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前擬建和在建的煤制天然氣項目產(chǎn)能規(guī)模達到了800億m3/a。然而新型煤化工項目總體水資源消耗量很大，高濃度廢水排放量高，與項目建設(shè)地(多位于內(nèi)蒙、新疆等地)缺水且脆弱的生態(tài)環(huán)境之間的矛盾日益突出，這就使得煤化工項目在建設(shè)過程中必須重點考慮水資源的循環(huán)利用，進而也使得煤化工行業(yè)廢水處理及回用的技術(shù)需求十分迫切。

煤化工；廢水處理；工藝技術(shù)

引言

1 不同煤化工工藝廢水特征

1.1 煤焦化廢水

煤焦化是指煤炭在隔絕空氣和高溫加熱的條件下，受熱分解生成煤氣、焦油、粗苯和焦炭的過程。在煉焦、煤氣凈化、焦油及粗苯加工精制等過程中容易產(chǎn)生含有酚、氨及大量有機物的工業(yè)廢水，排放量大，成分復(fù)雜。以武鋼焦化公司焦油車間蒸餾氨水廢水水質(zhì)特性為例，廢水中化學(xué)需氧量(COD)平均含量為19302mg/L，揮發(fā)酚含量1854mg/L，氨氮含量1457mg/L，油含量11286mg/L。同時含有含氮硫類雜環(huán)化合物和苯系物、多環(huán)芳烴等。煤焦化廢水水質(zhì)易受煤質(zhì)和煉焦工藝影響，廢水達標處理的難度較大。

1.2 煤氣化廢水

煤氣化是以煤或煤焦為原料，在一定的溫度和壓力條件下，將煤或煤焦與氧氣、水蒸氣等氣化劑反應(yīng)轉(zhuǎn)化為水煤氣的過程。應(yīng)用較多的主要有碎煤加壓氣化、粉煤氣化和水煤漿氣化工藝，不同氣化工藝產(chǎn)生氣化廢水的水質(zhì)、水量差異較大。碎煤加壓氣化廢水污染物濃度高，污染物成分復(fù)雜，廢水中COD濃度為3000～5000mg/ L，同時含有揮發(fā)酚、氨氮及較少量的苯系物、芳環(huán)化合物等難降解物質(zhì)，B/C(BOD/COD，生化需氧量/化學(xué)需氧量)值小于0.3，可生化性較差。水煤漿氣化廢水有機物濃度低，COD濃度在500mg/L左右，B/C值大于0.5，可生化性較好，但總?cè)芙庑怨腆w物質(zhì)(TDS)濃度大于3000mg/L，Cl-濃度在500mg/L左右。粉煤氣化廢水COD濃度與水煤漿氣化廢水大致相同，但TDS濃度大于10000mg/L，Cl-濃度2000～3000mg/L。煤氣化廢水是典型的高濃度難降解有機廢水。

1.3 煤液化廢水

煤液化廢水主要來源于液化、加氫精制、加氫裂化等操作過程中產(chǎn)生的含酚、含氨氮等工業(yè)廢水，成分復(fù)雜，可生化性差。以神華煤直接液化項目為例，液化廢水中揮發(fā)酚濃度50mg/L，COD濃度為2000～5000mg/L，氨氮濃度100～350mg/L，油濃度500mg/L，且其中包含有大量的苯系物、雜環(huán)化合物、多環(huán)芳烴等。煤液化廢水具有油含量大，乳化程度高，難以生物降解的特點。

2 煤化工行業(yè)污水處理技術(shù)分析

2.1 預(yù)處理技術(shù)

(1)脫酚

煤化工廢水中所含有的酚，可利用具有高比表面積的吸附材料進行脫酚處理，當(dāng)吸附材料吸附飽和后，在利用有機溶劑或蒸汽對吸附劑進行解脫再生。常用的吸附材料有改性的膨潤土、活性炭以及大孔的吸附樹脂。天然的膨潤土在其表面具有親水性的硅氧結(jié)構(gòu)，對水中有機物的吸附性差。因此，在利用膨潤土作為吸附劑時通常對其進行改性在加以利用。有研究者對天然的膨潤土和經(jīng)過改性的有機膨潤土的脫酚性能進行了研究，結(jié)果表明改性后的膨潤土吸附活化能更大，達到平衡的時間較小，吸附酚的量更大。

休閑制約協(xié)商更加強調(diào)人對制約因素的積極能動作用，進一步拓展了休閑制約的研究內(nèi)容。當(dāng)然，如何檢驗和測量休閑制約協(xié)商過程中的各種干預(yù)因素也成為研究難點，同時是推動研究向縱深方向發(fā)展的關(guān)鍵點。

活性炭也是常用的吸附劑之一，活性炭的具有高比表面積、表面的孔結(jié)構(gòu)發(fā)達，而且價格相對低廉。因此，在煤化工廢水脫酚處理中常用活性炭為吸附劑。有研究者利用活性炭吸附濃度為60mg/ L的苯酚，在溫度為30℃，pH值為6.0的條件下，苯酚去除率為86%。隨著高分子材料技術(shù)的發(fā)展，新型的吸附材料展現(xiàn)出了更為優(yōu)越的吸附性能，例如大孔吸附樹脂的應(yīng)用，大孔吸附樹脂與吸附物質(zhì)之間靠范德華力來吸附，其表面還有巨大的比表面積，相比活性炭等吸附材料，它具有空分布窄，容易解脫等優(yōu)點。

(2)除油

煤化工企業(yè)產(chǎn)生的廢水中含有一定的油類，油類物質(zhì)將會黏附在菌膠團的表面，進而阻礙了可溶性有機物進入到微生物的細胞壁，從而影響了生物處理工藝的效果，因此在進入生化處理單元前應(yīng)對煤化工廢水進行出油，以提高后續(xù)的處理效果。通常情況下，生化處理廢水要求進水中含油量需小于50mg/L。在煤化工廢水的油類物質(zhì)通常采用隔油池和氣浮法來進行控制。

(3)蒸氨

煤化工廢水氨氮的濃度很高，主要來源于煤制氣反應(yīng)中高溫裂解和煤制氣反應(yīng)剩余的氨水。高濃度的氨氮，在進行生化處理過程中會抑制硝化細菌的活性，進而導(dǎo)致生活處理工藝處理效果不佳，不能保證出水氨氮達標。目前脫氨的過程主要采用水蒸氣汽提法，將煤化工產(chǎn)生的廢水中通入大量的高溫蒸汽，使其充分的接觸，以此將廢水中的氨氮進行吹脫，這樣可以有效的降低廢水中氨氮濃度。吹脫出的氨氮在經(jīng)過分離、蒸餾等步驟進行回收再利用。

2.2 物理化學(xué)法

物理化學(xué)法是在水處理過程中根據(jù)物理化學(xué)或化工分離原理進行廢水處理的一種方法。物理化學(xué)法包含離子交換、吸附、分離、萃取、汽提等。該種水處理方法主要用于去除廢水中含有的較為細小的懸浮物和溶解的有機物，其缺點在于某種水處理方法具有較強的選擇性，只適用于或者針對某一類物質(zhì)的分離能夠達到較好的水處理效果，且水處理的費用較高，還容易造成二次污染加大了水處理的難度。

離子交換法是一種借助于化學(xué)鍵的親和力不同從而實現(xiàn)離子交換劑和水中的離子進行交換反應(yīng)從而達到凈化廢水的方法。吸附法是利用多孔介質(zhì)吸附廢水中的有機污染物，從而使廢水得到凈化，飽和的吸附介質(zhì)需再生重復(fù)使用。采用活性炭吸附法處理煤化工廢水，最佳活性炭投加量為60g/L，吸附飽和時間為2.9h。萃取法是利用萃取劑，通過向廢水中添加難溶或不溶于水的有機溶劑，借助相似相容原理，萃取廢水中的非極性有機物，從而達到凈化廢水的目的。采用超臨界二氧化碳萃取技術(shù)脫除廢水中有機物具有明顯的優(yōu)勢，溶劑綠色，工藝簡單且分離效率高。

2.3 PACT法

PACT法是在生化進水中投加粉末活性炭(PAC)，利用粉末活性炭吸附溶解氧和有機物，在曝氣池中進行微生物分解的污水處理工藝。由于巨大的比表面積和很強的吸附能力，活性炭可以吸附廢水中大量的污染物和有毒物質(zhì)，將污染物的水力停留轉(zhuǎn)化為固體停留以延長生化反應(yīng)時間，同時避免有毒物質(zhì)對微生物的毒害，保證了廢水處理的穩(wěn)定，工藝中的活性炭可循環(huán)利用。PACT法活性炭吸附處理COD的動態(tài)吸附容量為100%～350%，處理難生物降解污染物的效果比較好。將PACT法運用到生物短程脫氮工藝中，將系統(tǒng)總氮脫除效率由43.8%～49.6%提高到了68.8%～75.8%。采用PACT法處理煤制油低濃度含油廢水，試驗數(shù)據(jù)顯示，PACT對COD、SS(固體懸浮物)、NH3-N、油的平均去除率分別為75%、62%、59%、78%，出水水質(zhì)達到了污水綜合排放的一級標準。

2.4 臭氧氧化技術(shù)

臭氧是一種強化劑，其氧化過程有兩種途徑，一種是直接通過分子臭氧氧化，另一種是間接的通過臭氧分解并生成羥基自由基來進行氧化。臭氧氧化技術(shù)可以降低煤化工廢水中的COD，同時還能夠降低水中的色度和濁度，同時在該過程中不產(chǎn)生二次污染。有研究表明，在內(nèi)循環(huán)的反應(yīng)器中，利用臭氧對煤化工廢水進行深度處理，COD的去除率可到40%～50%，其中對酚類和雜環(huán)類有機物效果最好。隨著對臭氧氧化技術(shù)的深入研究發(fā)現(xiàn)，臭氧在單獨使用過程中，有機物和臭氧反應(yīng)后通常會生成醛和羧酸，而這兩種物質(zhì)不能再和臭氧繼續(xù)反應(yīng)，進而限制了臭氧的礦化作用，降低了臭氧的處理效果。因此，研究者采取了其他的措施以提高臭氧的氧化作用，有研究者采用UV與臭氧聯(lián)用來進行廢水的處理，結(jié)果表明臭氧的氧化能力比單獨使用時提高了10倍以上，極大地改善了臭氧的氧化能力。

結(jié)束語

煤化工技術(shù)給煤炭資源的利用帶來了新的發(fā)展方向，提高了煤炭的利用效率。但是煤化工企業(yè)產(chǎn)生的廢水又給我們提出了一個新的難題，由于其水量大，污染物濃度高，而且成分復(fù)雜，毒性大，單一的處理技術(shù)根本不能滿足要求。建議企業(yè)和研究機構(gòu)在結(jié)合實際工程的前提下，加大對煤化工廢水處理技術(shù)的研究，努力及早實現(xiàn)處理效率高、環(huán)境友好的廢水處理技術(shù)，以帶動煤化工行業(yè)向著更高的方向發(fā)展。

[1]任源，韋朝海，吳超飛，等.焦化廢水水質(zhì)組成及其環(huán)境學(xué)與生物學(xué)特性分析[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2007，27(7)：1094-1100.

[2] 吳高明.焦化廢水(液)物化處理技術(shù)研究[D].武漢：華中科技大學(xué)，2006：56-58.