煤化工廢水處理及資源化利用研究現狀

劉文 滿強強

山東能源集團山能化工內蒙古榮信化工有限公司 內蒙古 鄂爾多斯 014300

煤化工廢水是指在煤化工生產過程中產生的含有高濃度有機物、重金屬等污染物的廢水。由于其復雜的組成和高難度的處理，煤化工廢水處理及資源化利用一直是研究熱點和挑戰。隨著環境保護意識的提高和嚴格的環保法規的實施，煤化工企業面臨著越來越大的壓力來減少廢水排放和實現資源化利用。

1 煤化工廢水的來源及性質

1.1 煤化工廢水的來源

（1）煤氣化過程產生的廢水

在煤氣化過程中，通過對煤進行高溫分解和氣化產生了合成氣。在這個過程中，廢水主要來自于煤的洗滌和氣化過程中的冷卻用水。

（2）煤直接液化（CTL）和煤間接液化（ITL）過程產生的廢水

液化是指將煤直接轉化為液體燃料或化學品的過程。在液化過程中，除了產出油、煤渣和煤焦之外，還會產生大量的廢水。

（3）煤焦化過程產生的廢水

煤焦化是指將煤進行加熱和干餾，得到焦炭和一些有機氣體的過程。廢水主要來自于煤的洗滌和焦爐冷卻過程中的冷卻用水。

1.2 煤化工廢水的特點

1.2.1 含有高濃度的有機物

煤化工廢水中含有大量的有機物，如苯、甲醛、苯酚等。這些有機物具有毒性和難降解性。

1.2.2 含有重金屬離子

煤化工廢水中常含有鉛、汞、鎘、鉻等重金屬離子。這些重金屬對生態環境和人體健康具有較高的毒性。

1.2.3 高濁度和高溫度

煤化工廢水通常具有高濁度和高溫度，這會給廢水的處理帶來一定的挑戰。

1.2.4 酸堿性差異大

由于煤化工過程中使用的原料和反應條件的不同，廢水的酸堿性可能存在一定的差異。

2 煤化工廢水的影響

2.1 水環境污染

煤化工廢水中含有高濃度的有機物、重金屬離子等污染物。當這些廢水排放入水體時，會對水環境造成嚴重污染，破壞水體的生態平衡。有機物的存在可能導致水體富營養化和藻類爆發，降低水質并影響水生生物生長和繁殖。重金屬的累積和毒性也會對水生生物和生態系統造成潛在威脅。

2.2 土壤污染

如果煤化工廢水未經適當處理就直接排放或滲漏到土壤中，會導致土壤污染。有機物和重金屬的積累可能影響土壤質量和肥力，限制作物的生長和發展。此外，部分有機物可能會在土壤中逐漸降解為有害的代謝產物，并進一步影響土壤質量和生物多樣性。

2.3 直接接觸風險

如果人們接觸到未經處理的煤化工廢水，可能會對其健康產生直接威脅。有機物和重金屬對人體具有潛在的毒性，可能導致急性或慢性中毒。某些有機物還可能具有致癌性或致畸作用，對長期暴露的人群造成健康風險。此外，高濁度和高溫度的廢水也可能引發皮膚刺激、消化道問題等。

2.4 社會影響

煤化工廢水對周邊環境的污染和健康風險可能引發公眾的關注和不滿，可能對相關企業的聲譽和社會形象造成負面影響，進而對企業的可持續發展和利益產生影響。此外，廢水的處理和治理也需要投入大量的資金和技術，可能增加企業的運營成本。

3 煤化工廢水的處理技術

3.1 物理處理

物理處理是煤化工廢水資源化利用的一種重要途徑，通過物理性質的分離和轉移，將廢水中的固體顆粒、懸浮物等進行去除，實現固液分離和凈化。以下是幾種常見的物理處理方法

3.1.1 沉淀與過濾

在沉淀池中，通過添加化學沉淀劑（如氫氧化鈣、石灰等），使廢水中的固體顆粒和懸浮物沉淀到池底，然后通過反復沉淀和攪拌，最終達到固液分離的效果。可采用靜態沉淀池、流態沉淀池等不同的設備形式進行。過濾技術通過介質（如砂濾、活性炭、陶瓷濾芯等）來過濾廢水中的懸浮固體顆粒。介質的不同粒徑和材料可以根據廢水的特性進行選擇，以實現固液分離和澄清的效果。常見的過濾方法包括壓濾、真空過濾、自動過濾等。

3.1.2 吸附

吸附技術通過添加吸附劑（如活性炭、離子交換樹脂等），將廢水中的有機物和重金屬離子吸附到吸附劑表面，從而達到凈化廢水的效果。吸附劑選擇應根據目標物質的特性以及吸附材料的催化活性和再生能力等因素進行。

3.1.3 簡單過程分離

根據廢水中不同成分的物理性質差異，可使用簡單的物理方法進行分離，如比重差異的沉淀分離、溶解度差異的結晶分離等。這些方法適用于廢水中含有可分離的物質，如固體顆粒、懸浮物、無機鹽等。物理處理可以作為煤化工廢水資源化利用過程中的初步處理階段，幫助去除廢水中的固體顆粒和懸浮物等，為后續的化學或生物處理提供更好的條件。不同的物理處理方法可以根據廢水的特性和處理需求進行組合和選擇，以實現高效的廢水凈化和資源回收。

3.2 化學處理

通過添加化學沉淀劑如氫氧化鈣（Ca（OH）2）、石灰（CaO）等，使廢水中的有機物和重金屬離子發生沉淀反應，沉淀物可通過后續處理方式進行回收。沉淀過程中還可以實現廢水的脫色，通過去除廢水中的色度來提高水質。廢水中可能存在酸性或堿性物質，通過加入中和劑如碳酸氫鈉、石灰等可以調節廢水的pH值，并將廢水中的酸堿性物質中和。廢水中存在大量的重金屬離子，使用絡合劑如硫代硫酸鹽、聚合物等與重金屬離子發生絡合反應，形成穩定無溶解度的絡合物，實現重金屬的沉淀與去除。通過添加催化劑或酶類，促進有機物的分解和降解反應，將其轉化為無害物質，如利用催化劑將氨氮轉化為氮氣，降低廢水中的氨氮含量。化學處理方法可以根據廢水中不同污染物的特性進行選擇和調整，以達到有效去除污染物、凈化廢水和回收資源的目的。了解廢水中污染物的成分和特性，結合不同化學處理方法的適用條件和效果，有助于制定合理的化學處理策略。

3.3 生物處理

3.3.1 常見的生物處理方法

通過培養一定的好氧微生物，將有機物在氧氣的存在下進行氧化降解，從而去除污染物。利用固定化生物膜，或采用生物膜載體如填料、纖維等固定生物系，使流經廢水的廢水與細菌膜之間相互作用，降解和去除污染物。廢水在無氧條件下通過厭氧微生物的代謝作用，轉化為沼氣和有機質。污水透過濾池多孔性介質，處于缺氧或微氧的環境中，微生物利用有機物降解污染物。

3.3.2 其他生物處理方法

利用濕地植物和微生物在濕地內進行廢水的降解和凈化。人工濕地可以模擬自然濕地的生物過程，有效去除有機物和重金屬等污染物。利用特定微生物菌株或生物材料如藻類、真菌等，通過吸附作用將廢水中的污染物吸附到細胞表面，從而凈化廢水。生物處理方法具有環境友好、操作簡單、投資成本較低等優點，并且可以實現廢水中有機物的降解和資源回收。但是，生物處理受到水質、溫度、pH值等因素的影響，在設計和操作過程中需要根據廢水的特性和要求進行適當的調整和控制。因此，了解廢水中的污染物類型和濃度、微生物的特性以及合適的生物處理工藝對于實現高效的廢水資源化利用至關重要。

3.4 先進處理技術

利用紫外光輻射或可見光輻射與光催化劑（如二氧化鈦）相互作用，產生高活性的自由基，通過氧化反應將有機污染物分解成無害物質。利用臭氧氣體對廢水中的有機物進行強氧化，降解有機污染物。臭氧還可以去除廢水中的色度和異味，同時具有殺菌消毒的效果。通過半透膜將廢水中的溶解性溶質和固體顆粒分離，使水分子通過膜而阻攔溶質和固體顆粒，實現對廢水中有機物和離子的去除。通過超細孔徑膜分離技術將廢水中的膠體顆粒、懸浮物等物質分離出去，同時保留溶解的有機物和離子。利用電流和電極將廢水中的金屬離子沉積在電極上，并通過電極表面反應去除重金屬污染物。通過電解作用，產生氧化劑（如高價態金屬陽離子）來降解廢水中的有機物，從而實現廢水的凈化效果。冷等離子體技術將廢水暴露在冷等離子體中，通過電離和放電反應，使廢水中的有機物氧化分解為簡單無機物和少量CO2、H2O等。

4 煤化工廢水資源化利用途徑

4.1 能源化利用

4.1.1 沼氣生產

通過厭氧消化技術，將廢水中的有機物質在無氧環境下分解產生沼氣。沼氣主要由甲烷（CH4）和二氧化碳（CO2）組成，可以作為可再生能源來發電、供熱或作為燃料使用。同時，沼渣也是一種有機肥料，可用于農業或園藝。

4.1.2 生物質能源生產

通過將廢水中的固體廢棄物進行處理和轉化，生成生物質能源。例如，廢水中的有機廢棄物可以用于生產生物柴油、生物乙醇等可燃性液體燃料，用于替代傳統石油燃料。此外，廢水中的生物質固體廢棄物也可以作為生物質顆粒（生物質燃料）用于熱能產生或其他能源利用。

4.1.3 溫室氣體回收與利用

煤化工廢水中可能含有溫室氣體（如甲烷、二氧化碳等），可以進行回收和利用。例如，廢水中的甲烷可以用于發電或供熱，減少對化石燃料的依賴；而二氧化碳可以用于工業過程中的注入、制備化學品等。

4.1.4 太陽能光伏系統補充

將廢水中的可利用水資源提取出來，用于太陽能光伏系統的冷卻，提高光伏電池板的效率，并同時供應冷卻后的廢水用于其他用途。能源化利用不僅減少了對傳統能源的依賴，還能提高能源利用效率和減少溫室氣體排放。然而，進行能源化利用需要進行充分的廢水處理和凈化，以確保廢水對環境和人類健康的影響降到最低。同時，選擇適當的技術和工藝流程，根據廢水的特性和目標利用需求進行合理規劃和操作。

4.2 農業利用

經過適當的廢水處理和凈化，將廢水用于農田灌溉，起到節水和養分供給的作用。廢水中的養分可被作物吸收利用，并為農田提供水分，同時降低了對地下水的依賴。利用廢水中的營養物質、微量元素等，進行循環農業。廢水中的養分可以與傳統化肥結合使用，提高農作物的產量和質量，同時降低對化學肥料的需求。通過對廢水中的有機物進行處理和轉化，將其轉化為有機肥料，如厭氧發酵產生的沼液或廢水經處理后的殘渣。這些有機肥料可以用于土壤改良、作物生長促進和保護等，有利于提高土壤質量和農作物的健康生長。廢水中的養分可以用于蔬菜種植，如葉菜類、豆科蔬菜等。廢水中的微量元素對于蔬菜的生長和營養很重要，能夠提高產量和品質。

4.3 城市供水補充

處理后的煤化工廢水可用于工業領域多種生產過程中的冷卻水、清洗水、制造過程用水等。廢水中的水分和營養物質可以為工業生產提供所需的水資源和養分，有效利用廢水資源。處理后的廢水可以通過灌溉被城市公園、綠地、花壇等地方所需的水資源。廢水中的肥料成分和微量元素對植物生長有促進作用，可以提高植物的健康度和美觀度。處理后的煤化工廢水可以用作城市中的景觀水體，如人工湖、噴泉等的水源。經過適當的處理和凈化，使廢水達到景觀水的要求，同時提升城市的景觀效果。處理后的廢水可以用于車輛清洗、道路沖洗、建筑物外墻清洗等清洗用途。利用廢水進行清洗可以節約市政供水，并達到清洗效果。

4.4 生態修復和景觀建設

在生態修復和景觀建設中，需要將廢水進行適當的處理和凈化，確保廢水中的有害成分得到消除，保護生物多樣性和環境健康。此外，還應根據具體情況和要求，合理規劃和設計生態修復方案，采取適當的管理措施，以最大程度地實現生態修復和景觀建設的效果。

5 結束語

煤化工廢水處理及資源化利用的研究正在不斷發展，各種新的技術和方法被提出并逐漸得到應用。然而，仍然存在一些挑戰需要克服，如廢水處理成本高、副產物的處置等。因此，未來的研究方向應該集中在提高處理效率、降低成本、實現廢水資源化利用等方面。通過持續的創新和合作，我們相信可以找到更加可行和可持續的煤化工廢水處理及資源化利用解決方案，以實現環境保護和可持續發展的目標。