基于煤制甲醇廢水的生化處理工藝研究

安恩政 何仙平

摘 要：近年來，隨著社會的發展，我國的經濟發展也有了改善。我國的能源結構現狀是“貧油、少氣、多煤”，以煤為原料生產各類下游產品對我國經濟發展和國家能源安全尤為重要。隨著環保理念的深入，煤炭的潔凈化利用技術逐漸引起了人們的關注。甲醇不僅是重要的有機合成化工產品原料，而且深加工后可作為新型清潔燃料，是煤炭清潔高效利用的有效途徑之一。

關鍵詞：煤制甲醇廢水;生化處理;工藝研究

1 引言

現代煤化工是以煤為原料，經過一系列化學過程，將煤轉化為各類燃料和化工產品的產業，其產品可替代石油化工產品。煤氣化作為煤化工的龍頭產業，主要產物為CO和H2，在生產過程中需使用大量的水，并產生大量的廢水。為了處理好節水減排和環境保護的問題，煤氣化企業從工藝裝置節水、工業用水重復利用、給水和廢水處理技術等方面進行了節水再利用。以煤制甲醇為例，生產1t甲醇耗水約20t，產生的廢水主要有灰水、變換冷凝液和甲醇廢水。煤制甲醇廢水中含有較高的氨氮、COD類有機物、有永久硬度或暫時硬度的無機物，成分復雜，且其成分隨著煤質及工藝的不同還會發生較大的變化，將其處理后排放。

2 對煤制甲醇工藝技術整體性分析

煤炭是我國重要的能源，其含氧，含碳量高，也是很多化合物的重要提取原料。將煤炭作為原料來備制甲醇，整個工業化過程的危險系數高，流程復雜，要經過煤氣化技術，甲醇轉化以及酸性氣體脫除等過程，難度大，也存在安全風險。在所有的工業生產過程中，煤氣化氣體的酸性位置脫除，空氣合成以及甲醛合成過程對生產產物的精度有直接影響，加強煤氣化技術，也是保證甲醛生產質量的關鍵。煤氣化技術的建設發展煤氣化技術最早起源于西方，經過長時間的技術研究，BGL氣化技術得以出現，該技術能減少資源消耗，和廢水排放量，極大程度地利用原材料中的碳氧成分。BGL技術也源于Lurgi氣化技術，因為其副產物少，轉化流程少，因此也得到了工業企業的認可，逐漸替代了Lurgi技術。隨著現代工業發展建設，德士古加壓、Shell干粉等工藝技術也逐漸發展，被廣大的工業生產企業所利用。

3 工藝特征

SBR技術具有顯著的優勢，主要體現在以下幾個具體方面：一是工藝簡單，前期投入少。SBR工藝的運行方式為進水、反應、沉淀、排水、備用等環節，通過運行方式優化，實現間歇有序運行。整個過程非常緊湊，內容相對簡單，不需要特別復雜的管道傳輸即可輕松實現。其次，對不同水質類型有一定的適應性。整個SBR工藝技術的實施有五個主要階段。不同階段的運行時間和混合料的體積變化將根據氣化廢水的性質、流量和出水量進行調整。與此同時，時機將更加靈活。三是有機物去除率較高。SBR工藝對有機物有較高的去除率，還具有良好的靜態沉淀效果，可以很好的完成沉淀任務;四是不容易出現污泥膨脹。在SBR工藝技術的實施過程中，系統大部分時間處于待機狀態。這個階段污泥將被吸入內院，產生的污泥量相對較小，不易出現膨脹問題。五是除氮除磷效果突出。SBR工藝廢水處理將經歷好氧、厭氧、厭氧階段、硝化、反硝化等過程，提高污泥活性;第六，有利于中水回用技術的實施。在工程設計過程中，可按處理水的要求對中水進行管理。工藝過程包括物物化學和生化兩個重要階段。根據廢水來源的不同，可以采用不同的工藝，達到不同的處理效果。

4 基于煤制甲醇廢水的生化處理工藝研究

4.1 氣體凈化技術

由于氣化原料煤特性決定了氣化及CO變換后，生成的粗合成氣中會含有H2S、CO2和有機硫等對合成甲醇催化劑有害的物質，為了保證合成甲醇催化劑的活性及穩定性，必須對粗合成氣進行凈化，去除有害物質。目前合成氣凈化普遍采用技術為物理溶劑吸收法，包含冷法和熱法兩種技術。冷法以低溫甲醇洗法為代表，典型的工藝技術有Linde和Lurgi兩種低溫甲醇洗法。Linde低溫甲醇洗在CO變換后脫硫脫碳一步完成，并采用自行開發的高效繞管式換熱器;Lurgi低溫甲醇洗脫硫和脫碳分兩步進行，在進行CO變換前先脫硫，然后CO變換后再脫碳，換熱器為管殼式換熱器。熱法以聚乙二醇二甲醚溶劑吸收法為代表，國外以Selexol為典型，國內以NHD工藝為代表，NHD與Selexol工藝相同，僅僅是所采用的吸收溶劑不同，NHD工藝溶劑吸收CO2和H2S的能力要優于Sel-exol溶劑，但NHD溶劑解吸能力差，回收處理難，再生耗能高。綜合比對低溫甲醇洗法、Selexol和NHD法，Selexol法溶劑需要進口，投資最大，NHD法投資較低溫甲醇洗法低，但公用工程、NHD消耗高，低溫甲醇洗法對氣體的凈化均優于NHD和Selexol法。

4.2 物化處理

物化處理主要包括去除SS、除鈣和調節pH。在SS去除過程中，氣化水中的粉煤灰濃度非常高，在水質不穩定的情況下，甚至達到500mg/L。通過前期投加混凝劑PAC和PAM的助凝劑，可以快速滿足預期水質要求。待PAC投加量控制在適當范圍后，可加入4mg/LPAM加速反應。同時，也能提高沉淀的絮凝效果，使處理水中的SS濃度達到一個穩定的值。鈣含量在鈣離子去除鏈接在大多數情況下，它屬于相對穩定狀態，質量濃度穩定在210～230mg/L，如果不是處理的鈣水到生化池，將導致鈣離子的存在影響碳酸鹽體系的pH值，導致二氧化碳的綜合利用效率低，影響硝化作用過程，對形成反應抑制的影響。在SBR工藝升級中，采用化學方法去除鈣離子。攪拌槽中加入適量的磷酸，去除鈣離子，對后續生化處理影響不大。在此過程中，SBR水的pH值需要在8～9左右。適量的氫氧化鈉可以中和多余的酸。同時，氫氧化鈉的用量也需要控制好，否則會影響最終的調節效果。

4.3 酸堿度的控制

通過煤制甲醇廢水的pH值可以得知硝化反硝化過程，pH值的高低也會影響SBR工藝的反硝化效率。在SBR系統運行過程中，可以使用專用的監測工具對SBR池中的pH值進行實時監測。在硝化階段，如果液體的pH值低于6，則應向池中添加堿液，直到pH指數上升到7為止。反硝化階段，液體pH值維持在7.5左右;如果濃度過高，就添加酸;若過低則加入堿溶液，使反硝化效果始終保持在較高水平。

4.4 溶解氧的控制

溶解氧會影響到SBR工藝運行過程中脫氮的效率，并且在好氧、缺氧以及脫氧三種情況下其反應各不相同。當好氧狀態下時，溶解氧的含量如果低于1mg/L，則會影響到硝化菌的正常反應;在缺氧狀態下時，如果溶解氧含量較高，則會對反硝化菌的反應效果起到抑制作用。經實踐驗證，在硝化及反硝化的過程中，溶解氧的含量分別在2mg/L以及0.5mg/L時，反應效果最佳。

5 結語

縱觀我國社會經濟的飛速發展，隨之而來的是嚴重的環境污染，阻礙我國社會經濟與社會建設的可持續發展。本次實驗使用和分析的辦法對煤化工低溫甲醇洗廢水的COD測定可以說是一個創新，經過對試驗廢水中甲醇含量的檢測，可以很快對試驗樣品中的COD含量進行定量，降低了化學廢水中重鉻酸鉀法對研究人員造成的健康威脅。同時，當色譜儀器發生故障，我們仍舊可以通過COD數據反推出試驗樣品中甲醇的含量，大大減少了檢測機構人員的工作負擔。本次試驗進行的煤制氫甲醇界區廢水中甲醇和COD檢測方法的使用，能直觀看到物質的污染程度，這為我國環境保護工作打下堅固基礎。

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