煤氣化廢水處理工藝流程研究

段錦章

（上實環境控股（武漢）有限公司，武漢 430074）

煤炭是現代社會應用總量較大的資源，其屬于石化能源，在國內能源生產結構中占據較高的地位。從近幾年能源消耗調查結果來看，煤炭能源的消耗占據消耗總量的2/3左右。煤化工屬于發展前景較大的產業，尤其是新型煤化工產業屬于未來值得發展的重要產業之一。煤氣化被稱為新型煤化工產業的龍頭技術，近幾年應用煤氣化合成化工產品的新型煤化工項目數量不斷增加。國內煤氣化工項目多分布在山西、內蒙古和河南等煤炭產地，以水資源匱乏地區為主。這些地區的常年降水量較小，導致其存在地表水環境容量有限問題，部分地區甚至不存在納污水體。煤化工項目對于水資源需求量較大，會產生大量廢水，而這些廢水含有一定的焦油與氨氮等，對人體具有較大危害，為此，必須要對這些廢水給予有效處理。

1 煤氣化廢水的來源、特征及危害性

1.1 煤氣化廢水來源

煤氣化過程將煤或是煤焦作為基礎原料，將氧氣、空氣、氫氣等作為汽化劑，在高溫或是高溫加壓條件下促使煤或是煤焦中的可燃部分發生化學反應，促使其轉化為氣體燃料[1]。現階段，國內所開發與從國外引進的煤氣化技術種類眾多，可概括為固定床氣化技術、流化床氣體化技術、氣流床氣化技術三種。固定床中魯奇加壓氣化技術的應用較為常見，其優勢在于氣化效率較高、碳轉化與氣化熱效率較高、氧耗較小等。在氣化煤氣冷卻期間，需要應用循環冷卻水噴灑冷卻煤氣化爐出口的煤氣，將煤氣中的焦油、氨、硫化氫等洗滌到水中，而煤氣中的水蒸氣也會隨之冷卻到水中，產生高污染廢水。

1.2 煤氣化廢水特征

首先，煤氣化廢水污染物濃度較高，酚類、油以及氨氮的濃度較高，生化有毒與抑制性物質較多，在生化處理期間，有機污染物較難完全降解。從這一點來看，煤氣化廢水屬于具有代表性的高濃度、高污染、難于降解的工業有機廢水[2]。其次，基于各單位應用原煤成分與氣化工藝的不同，廢水成分出現較大的差異。德士古氣化工藝應用中所產生的廢水量較少，其污染程度也較低，但煤種的適應性較弱。魯奇氣化工藝、傳統常壓固定床間歇式氣化工藝等所產生的廢水污染程度較大，尤其是這類工藝應用期間所產生的含酚廢水較難處理，運行成本較高。

1.3 煤氣化廢水危害性

廢水中的氰化物毒性較高，若人或是家畜攝入一定量的氰化物，短時間會出現中毒死亡。氰化物在進入水體后，達到0.05 mg/L的濃度會導致水中部分生物在短時間內死亡。若氰化物進入土壤，將會導致農作物出現中毒情況而減產[3]。為此，必須要強化對廢水中氰化物的處理，嚴格控制氰化物的排放濃度。氨氮對于水環境具有較大影響，水中的非離子型氨可穿透細胞膜進入水生物體內，干擾生物體的正常代謝活動，從而引發水中生物中毒死亡。氨氮可促使水體富營養化，致使水中的藻類與水生植物加速繁殖，影響水體透明度，甚至導致大量海藻漂浮在水面，影響水中生物的存活質量。

2 煤氣化廢水處理工藝

2.1 物理處理辦法

物理法也就是通過物理作用分離廢水中的懸浮物或是濁物，達到清除煤化工廢水中油類與乳化物等物質的效果[4]。比較常見的包括澄清、過濾、隔油與氣浮等辦法。例如，應用隔油沉淀清除多數油類物質，這些物質一般會附著于菌膠團的表層，對后期廢水處理效果造成影響。氣浮法多應用在處理相對密度小于1或是近似于1的懸浮物以及脂肪等較難實現自然沉降或是上浮的物質。物理處理辦法多應用在廢水前期預處理，維持后期處理設施的健康運行，此項處理技術應用過程較為簡單，目前也比較成熟。

2.2 化學處理辦法

化學處理辦法也就是應用相關化學反應，處理廢水中的溶解物質或是膠體物質，比較常見的是氧化還原處理，同時其也被應用在藥劑氧化處理中。其應用的氧化與還原劑包括臭氧、硫酸亞鐵等，具有較強的氧化與還原功能，能夠有效地清理水體中較難降解的有機污染物，從而達到改善水質的效果。臭氧能夠高效地氧化水體中較難降解的有機污染物，在廢水處理中進行脫色，去除異味，能夠獲取到較為理想的效果。在單純臭氧應用過程中，所需用量較大，投入成本較高，有關研究顯示，煤氣廢水生物處理出水經由臭氧氧化后，會產生小分子物質，有助于后期各項生物處理工藝的實施。將臭氧與生物處理技術進行聯合應用，能夠提升廢水的深度處理效果，同時能夠有效地降低廢水處理成本。

2.3 物理化學綜合處理辦法

物理化學綜合處理辦法是指通過物理化學作用清除廢水中的溶解物質或是膠體物質。比較常見的包括混凝、吸附、萃取等辦法。

2.3.1 混凝法

混凝法應用混凝劑在水溶液中實現水解，產生帶點或是具有空間結構的水解產物，這些產物經由吸附架橋、電中和等作用可以清除廢水中難以降解的大分子污染物。常用的混凝劑包括鐵鹽、鋁鹽、聚丙烯酰胺等物質。有學者應用混凝-固定化生物活性碳工藝對氣化廠廢水進行深度處理，進水從COD（化學需氧量）＜800 mg/L降到了COD＜100 mg/L，去除率達到80%。

2.3.2 吸附法

吸附法是指應用多孔性吸附劑吸附廢水中的溶質，從而有效降低COD與色度，去除常規有機雜質與重金屬等。吸附劑與吸附質之間作用力包括分子間作用力與靜電引力等，比較常用的物質包括粉煤灰、活性炭等。

2.3.3 其他辦法

除了以上兩種處理辦法之外，物理化學綜合處理辦法還包括萃取與蒸發等，萃取能夠清除廢水中的酚類物質，其一般方法是經由溶解進行分離。

2.4 生物處理辦法

生物處理辦法指的是通過微生物代謝的作用，促使廢水中的有機污染物與無機微生物營養物質轉化為相對穩定且無害的物質。

2.4.1 好氧生物處理辦法

該辦法是將生物絮凝體與廢水中的有機物進行充分接觸，吸附與降解廢水中的有機物。它對COD具有較好的清除作用，但是水體中的COD等物質較難符合排放標準。

2.4.2 厭氧生物處理辦法

煤化工廢水中存在較多難以降解的有機物，在厭氧的條件下，其能夠被厭氧微生物分解成為易于降解的有機物。有學者應用外循環厭氧工藝對煤氣廢水進行處理，進水COD與總酚分別為1 100 mg/L與210 mg/L，在此條件下所獲取的去除率為18.5%與20.2%。

2.4.3 厭氧-好氧聯合處理辦法

煤化工廢水成分較為復雜，污染物的生物可降解性較差。如果只應用好氧與厭氧工藝處理難以降解的有機物，較難保障其符合相關標準；如果將厭氧與好氧進行聯合應用，就能夠達到良好的處理效果。

3 廢水回用

依據循環水系統結垢、腐蝕和微生物滋生控制要求，筆者認為，廢水回用工藝可以應用以下策略：一是在計算水平衡與鹽平衡的基礎上，經由納濾處理后，利用超濾產水為循環水補水，截流進入循環水系統的有機物與結垢因子，控制循環水系統壓力。同時，分析循環排污水的水質，應用混凝等預處理工藝來清除水體中的懸浮物與部分有機物。利用超濾與反滲透系統實施濃縮具有可行性。二是合理控制循環系統濃縮的倍數，構建檢測機制，關注換熱器可能出現的泄露問題，尤其是酸性氣體的泄露問題。另外，蒸發狀態可能出現腐蝕、鹽結垢、有機物結垢等情況，在裝置運行時，單位蒸汽消耗比會有所增加。對此，人們可以采用增加晶種、增加阻垢劑、控制固液比、對蒸發器進行周期性清洗等辦法，并清除廢水中的有機物與結垢因子。

4 結論

煤炭屬于現代社會發展階段中應用總量較大的資源，人們需要對煤化工企業的煤氣化廢水進行更為深度的處理，確保廢水所含的各種物質符合相關標準。本文提出了幾種煤氣化廢水處理的常用工藝，如物理處理工藝、化學處理工藝和生物處理工藝等。人們要結合廢水中的有害物質性質等來選擇處理工藝，也可以聯合應用多種處理工藝，以便達到全面處理的效果。