艾 娟

內(nèi)蒙古大唐國(guó)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(jìn)展

艾 娟

內(nèi)蒙古大唐國(guó)際再生資源開發(fā)有限公司

近年來(lái)，可實(shí)現(xiàn)石油和天然氣資源補(bǔ)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(guó)家發(fā)改委確定為重點(diǎn)示范發(fā)展方向。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前擬建和在建的煤制天然氣項(xiàng)目產(chǎn)能規(guī)模達(dá)到了800億m3/a。然而新型煤化工項(xiàng)目總體水資源消耗量很大，高濃度廢水排放量高，與項(xiàng)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(xiàng)目在建設(shè)過(guò)程中必須重點(diǎn)考慮水資源的循環(huán)利用，進(jìn)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(guò)程。在煉焦、煤氣凈化、焦油及粗苯加工精制等過(guò)程中容易產(chǎn)生含有酚、氨及大量有機(jī)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(shí)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(dá)標(biāo)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(guò)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(shí)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(jī)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(jī)廢水。

1.3 煤液化廢水

煤液化廢水主要來(lái)源于液化、加氫精制、加氫裂化等操作過(guò)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(xiàng)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(diǎn)。

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(jìn)行脫酚處理，當(dāng)吸附材料吸附飽和后，在利用有機(jī)溶劑或蒸汽對(duì)吸附劑進(jìn)行解脫再生。常用的吸附材料有改性的膨潤(rùn)土、活性炭以及大孔的吸附樹脂。天然的膨潤(rùn)土在其表面具有親水性的硅氧結(jié)構(gòu)，對(duì)水中有機(jī)物的吸附性差。因此，在利用膨潤(rùn)土作為吸附劑時(shí)通常對(duì)其進(jìn)行改性在加以利用。有研究者對(duì)天然的膨潤(rùn)土和經(jīng)過(guò)改性的有機(jī)膨潤(rùn)土的脫酚性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明改性后的膨潤(rùn)土吸附活化能更大，達(dá)到平衡的時(shí)間較小，吸附酚的量更大。

休閑制約協(xié)商更加強(qiáng)調(diào)人對(duì)制約因素的積極能動(dòng)作用，進(jìn)一步拓展了休閑制約的研究?jī)?nèi)容。當(dāng)然，如何檢驗(yàn)和測(cè)量休閑制約協(xié)商過(guò)程中的各種干預(yù)因素也成為研究難點(diǎn)，同時(shí)是推動(dòng)研究向縱深方向發(fā)展的關(guān)鍵點(diǎn)。

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(dá)，而且價(jià)格相對(duì)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(lái)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(diǎn)。

(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(huì)黏附在菌膠團(tuán)的表面，進(jìn)而阻礙了可溶性有機(jī)物進(jìn)入到微生物的細(xì)胞壁，從而影響了生物處理工藝的效果，因此在進(jìn)入生化處理單元前應(yīng)對(duì)煤化工廢水進(jìn)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(jìn)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(lái)進(jìn)行控制。

(3)蒸氨

煤化工廢水氨氮的濃度很高，主要來(lái)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(jìn)行生化處理過(guò)程中會(huì)抑制硝化細(xì)菌的活性，進(jìn)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(dá)標(biāo)。目前脫氨的過(guò)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(jìn)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(guò)分離、蒸餾等步驟進(jìn)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(guò)程中根據(jù)物理化學(xué)或化工分離原理進(jìn)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(xì)小的懸浮物和溶解的有機(jī)物，其缺點(diǎn)在于某種水處理方法具有較強(qiáng)的選擇性，只適用于或者針對(duì)某一類物質(zhì)的分離能夠達(dá)到較好的水處理效果，且水處理的費(fèi)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(shí)現(xiàn)離子交換劑和水中的離子進(jìn)行交換反應(yīng)從而達(dá)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(jī)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(shí)間為2.9h。萃取法是利用萃取劑，通過(guò)向廢水中添加難溶或不溶于水的有機(jī)溶劑，借助相似相容原理，萃取廢水中的非極性有機(jī)物，從而達(dá)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(jī)物具有明顯的優(yōu)勢(shì)，溶劑綠色，工藝簡(jiǎn)單且分離效率高。

2.3 PACT法

PACT法是在生化進(jìn)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(jī)物，在曝氣池中進(jìn)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(qiáng)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(zhǎng)生化反應(yīng)時(shí)間，同時(shí)避免有毒物質(zhì)對(duì)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(dòng)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(yùn)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(yàn)數(shù)據(jù)顯示，PACT對(duì)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(dá)到了污水綜合排放的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 臭氧氧化技術(shù)

臭氧是一種強(qiáng)化劑，其氧化過(guò)程有兩種途徑，一種是直接通過(guò)分子臭氧氧化，另一種是間接的通過(guò)臭氧分解并生成羥基自由基來(lái)進(jìn)行氧化。臭氧氧化技術(shù)可以降低煤化工廢水中的COD，同時(shí)還能夠降低水中的色度和濁度，同時(shí)在該過(guò)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(duì)煤化工廢水進(jìn)行深度處理，COD的去除率可到40%～50%，其中對(duì)酚類和雜環(huán)類有機(jī)物效果最好。隨著對(duì)臭氧氧化技術(shù)的深入研究發(fā)現(xiàn)，臭氧在單獨(dú)使用過(guò)程中，有機(jī)物和臭氧反應(yīng)后通常會(huì)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(jìn)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(lái)進(jìn)行廢水的處理，結(jié)果表明臭氧的氧化能力比單獨(dú)使用時(shí)提高了10倍以上，極大地改善了臭氧的氧化能力。

結(jié)束語(yǔ)

煤化工技術(shù)給煤炭資源的利用帶來(lái)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(gè)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(jī)構(gòu)在結(jié)合實(shí)際工程的前提下，加大對(duì)煤化工廢水處理技術(shù)的研究，努力及早實(shí)現(xiàn)處理效率高、環(huán)境友好的廢水處理技術(shù)，以帶動(dòng)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(bào)，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.