杜娟

（1.山西省生態(tài)環(huán)境研究中心，太原　030009；2.山西晉環(huán)科源環(huán)境資源科技有限公司，太原　030024）

煤焦油加氫項(xiàng)目的水污染源及廢水預(yù)處理技術(shù)

杜娟1，2

（1.山西省生態(tài)環(huán)境研究中心，太原030009；2.山西晉環(huán)科源環(huán)境資源科技有限公司，太原030024）

簡(jiǎn)述了國(guó)內(nèi)目前具有良好發(fā)展前景的煤焦油加氫項(xiàng)目的生產(chǎn)工藝過(guò)程，深入探討了該類項(xiàng)目在生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中產(chǎn)生的水污染源，介紹和對(duì)比分析了含油廢水和酸性廢水的不同預(yù)處理技術(shù)，指出在環(huán)境可行、經(jīng)濟(jì)可行的前提下，應(yīng)最大程度地實(shí)現(xiàn)廢水的處理與資源的回收利用。

煤焦油；加氫；水污染；預(yù)處理技術(shù)

我國(guó)煤炭資源豐富，而石油資源則相對(duì)貧乏，故充分利用我國(guó)的煤炭資源優(yōu)勢(shì)，大力發(fā)展清潔能源、實(shí)現(xiàn)資源綜合利用、生產(chǎn)石油化工替代產(chǎn)品，對(duì)于優(yōu)化我國(guó)能源結(jié)構(gòu)，降低石油進(jìn)口依存度，保證國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，具有重要意義。

近年來(lái)，以煤焦油或其餾分為原料通過(guò)加氫改質(zhì)以生產(chǎn)高附加值的柴油、石腦油、液化石油氣等產(chǎn)品的技術(shù)研究得到了廣泛的關(guān)注［1］。雖然煤焦油加氫技術(shù)的逐步工業(yè)化在一定程度上實(shí)現(xiàn)了煤焦油的精深加工，并且通過(guò)轉(zhuǎn)化后的產(chǎn)品獲得了經(jīng)濟(jì)效益，但在該類項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程中，存在著一定程度的環(huán)境污染問題，特別是水污染，因而，有針對(duì)性地尋求加氫項(xiàng)目的廢水處理技術(shù)對(duì)于加氫項(xiàng)目的發(fā)展具有至關(guān)重要的作用［2］。本文對(duì)該類項(xiàng)目在生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中產(chǎn)生的水污染源進(jìn)行了分析，特別是對(duì)含油廢水和酸性廢水的不同預(yù)處理技術(shù)進(jìn)行了對(duì)比分析；進(jìn)而尋求環(huán)境可行、經(jīng)濟(jì)可行的水處理工藝以推動(dòng)煤焦油加氫項(xiàng)目的持續(xù)發(fā)展。

1　煤焦油加氫項(xiàng)目的水污染源

以煤焦油為原料生產(chǎn)燃料油雖然極大程度地改善了煤焦油質(zhì)量，但在生產(chǎn)過(guò)程中也不可避免地引發(fā)了環(huán)境影響問題，特別是水污染問題。本文以20萬(wàn)t/a煤焦油加氫項(xiàng)目為例，對(duì)其水污染源進(jìn)行分析。該類項(xiàng)目的生產(chǎn)工藝廢水可大致分為兩類：含油廢水和酸性廢水。

（1）含油廢水。含油廢水主要來(lái)源于焦?fàn)t煤氣壓縮及預(yù)處理工段分液罐產(chǎn)生的含油廢水；氫氣凈化部分脫氧塔產(chǎn)生的除氧水；加氫預(yù)處理工段抽真空系統(tǒng)產(chǎn)生的含油廢水；精制產(chǎn)品油經(jīng)脫水器產(chǎn)生的廢水。

（2）酸性廢水。酸性廢水主要來(lái)源于加氫精制工段的冷高壓分離器分離出酸性廢水、加氫裂化工段的高壓分離器和低壓分離器分離出酸性廢水、預(yù)分餾塔頂回流罐分離出酸性廢水。

上述水污染源的各污染物產(chǎn)生情況詳見表1。

表1　煤焦油加氫項(xiàng)目水污染源及污染物產(chǎn)生情況Tab.1　Water po11ution sources and po11utants of coa1 tar hydrogenation project

煤焦油加氫項(xiàng)目的含油廢水、酸性廢水，其特征污染物是石油類、硫化氫、氨氣等，且濃度較高。對(duì)于含油廢水、酸性廢水應(yīng)先進(jìn)行有針對(duì)性的預(yù)處理后，再進(jìn)入全廠的生化站進(jìn)行處理，處理達(dá)標(biāo)后回用或外排。

2　煤焦油加氫項(xiàng)目的廢水預(yù)處理技術(shù)

2.1含油廢水預(yù)處理技術(shù)

煤焦油加氫項(xiàng)目廢水的油類污染物一部分來(lái)源于提氫工段的分液罐、脫氧塔、加氫預(yù)處理工段的抽真空系統(tǒng)以及產(chǎn)品油脫水器；另一部分存在于酸性廢水中。酸性廢水中的油含量也較高，可能使酸性水預(yù)處理塔內(nèi)積聚大量的油氣，破壞塔內(nèi)應(yīng)有的氣液平衡，造成處理塔的工況運(yùn)行不穩(wěn)定，導(dǎo)致凈化水質(zhì)量惡化［3］。所以，對(duì)酸性廢水應(yīng)先進(jìn)行除油處理，之后再進(jìn)行酸性水的處理。目前，針對(duì)油品加工項(xiàng)目的含油廢水預(yù)處理技術(shù)多采用物理法，如重力分離法、氣浮法、旋流分離法、聚結(jié)法、“罐中罐”法等。

（1）重力分離法。重力分離法利用油、水的密度差和油、水的不相溶性進(jìn)行油水分離。常用的設(shè)備如隔油池，包括平流隔油池、斜板隔油池、波紋斜板隔油池、小型隔油池以及簡(jiǎn)易隔油井。隔油池水面的浮油可利用集油管排出或采用撇渣機(jī)等專用機(jī)械撇出，而小隔油池也可進(jìn)行人工撇油［4］。重力分離技術(shù)是應(yīng)用最廣泛、最實(shí)用的一種油水分離技術(shù)。其優(yōu)點(diǎn)是能接受任何濃度的含油廢水，同時(shí)除去大量的污油和懸浮固體等雜質(zhì)；缺點(diǎn)是不能除去廢水中的溶解油和乳化油，處理出水往往達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，僅可作為二級(jí)處理的預(yù)處理。

（2）氣浮法。氣浮法是使大量微細(xì)氣泡吸附在欲去除的油珠上，利用氣體本身的浮力將污染物帶出水面以去除。氣浮法按氣泡產(chǎn)生方式的不同可分為鼓氣氣浮、加壓氣浮和電解氣浮等，目前采用較多的是加壓氣浮法［5］。該法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，電耗少，工藝成熟，油水分離效果好且穩(wěn)定；缺點(diǎn)是設(shè)備占地面積大，浮油、浮渣難處理。

（3）旋流分離法。旋流分離法分為旋風(fēng)分離和旋液分離2種，而以水為主體介質(zhì)的旋液分離器稱為水力旋流器，水力旋流器有動(dòng)態(tài)水力旋流和靜態(tài)水力旋流兩大類，其中靜態(tài)水力旋流器因其無(wú)運(yùn)動(dòng)元件、構(gòu)造簡(jiǎn)單、占地面積小而得到較為廣泛的應(yīng)用［6］。水力旋流分離器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備小，能耗低，可自動(dòng)除油；缺點(diǎn)是分離器入口的增壓泵會(huì)引起油水混合液的再次乳化，從而降低了分離效率。

（4）聚結(jié)法。聚結(jié)法采用油水分離器，主要是利用油和水的密度差，使水中細(xì)小的不易分離的油滴在通過(guò)不銹鋼燒結(jié)氈時(shí)與不銹鋼燒結(jié)材料表面發(fā)生碰撞、潤(rùn)濕，油滴聚集而尺寸逐漸變大，然后上升至集油器，從而完成油水分離過(guò)程［7］。該法的優(yōu)點(diǎn)是工藝及操作簡(jiǎn)單，設(shè)備??；缺點(diǎn)是出水效果不穩(wěn)定，受廢水含油量高低的影響較大。新型的油水分離器將旋液、粗?；?、沉降3種廢水處理工藝結(jié)合為一個(gè)有機(jī)整體，安裝在一個(gè)密封的臥式容器中，其脫油率較穩(wěn)定，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化脫油［8］。

（5）“罐中罐”法?！肮拗泄蕖狈丛趶U水調(diào)節(jié)罐的內(nèi)部加入一個(gè)包括水力旋液分離區(qū)和沉淀分離區(qū)的腔室（即內(nèi)罐）；在腔室內(nèi)將水力旋液分離器、自動(dòng)撇油器和沉淀錐斗連成一個(gè)完整的系統(tǒng)；再通過(guò)內(nèi)、外罐的虹吸連通管、周邊出水布水堰槽、層流穿孔排水管、傾斜排泥管等，成為組合式的一體化裝置［9］。該法的突出優(yōu)點(diǎn)是集廢水調(diào)節(jié)、均質(zhì)和油水旋流分離、浮油自動(dòng)收集及錐形罐底水力排泥等功能為一體，采用高效密閉化、自動(dòng)排油的除油器。收油排泥操作時(shí)可以維持正常運(yùn)行，設(shè)施利用率高。占地少、投資省、裝置自動(dòng)化程度高、收油或排泥操作簡(jiǎn)便［10］。

2.2酸性廢水預(yù)處理技術(shù)

針對(duì)煤焦油加氫項(xiàng)目中酸性廢水的處理，目前國(guó)內(nèi)未有成熟可靠的技術(shù)，可參考煉油廠酸性廢水的處理工藝［4-6］。國(guó)內(nèi)煉油廠對(duì)酸性廢水的預(yù)處理工藝一般采用空氣氧化法或蒸汽汽提法?？諝庋趸ù嬖谔幚砗髲U水中鹽含量較高的問題，故目前以蒸汽汽提法最為常用。汽提后產(chǎn)生的尾氣中硫化氫和氨的濃度較高，也可進(jìn)一步進(jìn)行硫化氫和氨回收，用于生產(chǎn)硫磺和液氨等。

（1）氧化法。氧化法按氧化劑的不同性質(zhì)可分為空氣氧化法和化學(xué)氧化法。空氣氧化法是利用空氣中的氧氣氧化廢水中的有機(jī)物和還原性物質(zhì)?？諝庋趸ǖ难趸芰^弱，為提高氧化效果可在高溫、高壓條件下或使用催化劑?？諝庋趸òㄒ欢慰諝庋趸ā⒁欢未呋諝庋趸ê蛢啥未呋諝庋趸ǖ?。在催化劑作用下，利用空氣中的氧將硫化物氧化成硫代硫酸鹽或硫酸鹽，采用的催化劑有醌類化合物、錳、銅、鐵、鈷等金屬鹽類以及活性炭等［11］。其它的氧化法還有濕式空氣氧化法、催化濕式氧化法、超臨界水氧化法、臭氧氧化法、雙氧水氧化法等?？諝庋趸ǖ牧蚧锶コ士蛇_(dá)80%～95%，氨氮去除率可達(dá)10%～40%［12］。空氣氧化法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備少，流程簡(jiǎn)單，投資和操作費(fèi)用低。缺點(diǎn)是僅適用于酸性水量小、含硫量低的廢水；空氣氧化尾氣有惡臭氣味，需要焚燒或吸收處理后才能排放；另外，氧化使得硫以鹽的形式固定在廢水中，還需進(jìn)一步除鹽。

（2）化學(xué)沉淀法。化學(xué)沉淀法是采用化學(xué)藥品與廢水中的硫化物或氨氮進(jìn)行反應(yīng)，生成沉淀物以達(dá)到去除廢水中硫化物或氨氮的目的。對(duì)于含硫濃度較高的酸性水，通常采用硫酸亞鐵作為沉淀劑，使水中的S2-形成FeS和Fe（OH）3沉淀，經(jīng)過(guò)濾除去。針對(duì)氨氮，采用向廢水中投加鎂鹽和磷酸鹽，生成復(fù)鹽MgNH4PO4·6H2O沉淀的方法將其脫除［13］?；瘜W(xué)沉淀法的優(yōu)點(diǎn)是脫除效果較高；缺點(diǎn)是沉淀劑的投加量較大，處理費(fèi)用較高，僅適用于低濃度的廢水。

（3）汽提法。酸性廢水中所含的硫和氮多半以NH4HS及（NH4）2S的形式存在，通過(guò)蒸汽汽提可以將其分解為硫化氫及氨氣而除去。蒸汽汽提法既可以回收廢水中的大量硫化氫和氨氣，也可以脫除廢水中的酚類。從經(jīng)濟(jì)上考慮，汽提出來(lái)的產(chǎn)物可進(jìn)一步制取硫化鈉、硫磺和硫酸、氨水等副產(chǎn)品［13］。蒸汽汽提法主要包括單塔加壓側(cè)線抽出汽提、雙塔加壓汽提、單塔常壓汽提等工藝。單塔加壓側(cè)線抽出汽提工藝多應(yīng)用于酸性廢水中硫化氫和氨總質(zhì)量濃度小于50 000 mg/L的情況；雙塔加壓汽提工藝可應(yīng)用在硫化氫和氨總質(zhì)量濃度最高達(dá)120 000 mg/L的情況；單塔常壓汽提工藝適用于硫化氫和氨總質(zhì)量濃度小于10 000 mg/L的情況。

單塔加壓側(cè)線抽出汽提工藝的流程和設(shè)備較簡(jiǎn)單，裝置操作平穩(wěn)，投資少，每噸原料水的蒸汽單耗為130～180 kg，可在1座汽提塔上同時(shí)獲得良好的凈化水質(zhì)、高純度的酸性氣和氨氣。單塔常壓汽提工藝流程簡(jiǎn)單、設(shè)備少、消耗低，建設(shè)費(fèi)用和操作費(fèi)用低，凈化水可以回用，在國(guó)內(nèi)外曾有廣泛應(yīng)用，但該工藝無(wú)回收氨氣的裝置，塔頂氣直接焚燒排放可能造成SO2超標(biāo)，塔頂氣去硫回收裝置增加了該裝置的設(shè)計(jì)和操作難度［12］。雙塔加壓汽提工藝對(duì)廢水量和廢水濃度變化適應(yīng)性強(qiáng)，開停工方便，易建立氣液平穩(wěn)，生產(chǎn)平穩(wěn)，可同時(shí)獲得高純度的酸性氣，凈化水質(zhì)好，更適宜于處理高濃度酸性水，但其設(shè)備投資費(fèi)用及蒸汽耗量與前2種工藝相比較高。

3　結(jié)語(yǔ)

煤焦油加氫項(xiàng)目不僅實(shí)現(xiàn)了煤焦油的精深加工，而且開拓了石油替代品生產(chǎn)的新路線。該類項(xiàng)目生產(chǎn)過(guò)程中存在的水污染問題不容忽視，特別是含油廢水和酸性廢水。在工程實(shí)際中，各種廢水預(yù)處理方法均有其局限性，選用何種處理方法取決于工程實(shí)際情況、建設(shè)投資費(fèi)用、運(yùn)行費(fèi)用以及當(dāng)?shù)氐沫h(huán)保要求等。

目前的工業(yè)生產(chǎn)項(xiàng)目中，清潔生產(chǎn)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念被不斷地深化，而針對(duì)煤焦油加氫項(xiàng)目的水污染問題，在選取廢水處理工藝時(shí)，應(yīng)充分考慮酸性廢水中硫化氫和氨氣的回收問題以及凈化水的出路問題，在環(huán)境可行、經(jīng)濟(jì)可行的前提下，應(yīng)最大程度地實(shí)現(xiàn)硫回收、氨精制以及凈化水的再回用。

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Water pollution sources and wastewater pretreatment technologies of coal tar hydrogenation project

DU Juan1，2
（1.Shanxi Ecological Environment Research Center，Taiyuan 030009，China；2.Shanxi Jinhuan Keyuan Environmental Resources of Science and Technology Co.，Ltd.，Taiyuan 030024，China）

The production process of coa1 tar hydrogenation project，which has a good deve1opment prospect in China，was described brief1y.The water po11ution caused by the production operation of the said kind of project was deep1y discussed，and the different pretreatment techno1ogies for oi1y wastewater and acidic wastewater were introduced and compared.Fina11y，it was pointed out that on the premise of environmenta11y feasib1e and economica11y feasib1e，the imp1ementation of wastewater treatment and resources recyc1ing shou1d be maximized.

coa1 tar；hydrogenation；water po11ution；pretreatment techno1ogy

X784.031

A

1009-2455（2016）02-0011-03

杜娟（1983-），女，山西忻州人，工程師，碩士，主要從事環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作，（電子信箱）58461309@qq.com。

2015-11-02（修回稿）