煤氣化廢水處理措施探討

謝震震王莉娜

（1江蘇省交通科學研究院股份有限公司 江蘇南京 210017 2中國神華能源股份有限公司環(huán)保部 北京 100011）

煤氣化廢水處理措施探討

謝震震1王莉娜2

（1江蘇省交通科學研究院股份有限公司 江蘇南京 210017 2中國神華能源股份有限公司環(huán)保部 北京 100011）

煤化工產(chǎn)業(yè)耗水量大，廢水排放量大，水質(zhì)復雜，有機污染濃度高且難降解，水資源短缺和環(huán)境污染問題限制了煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。本文簡要分析了煤氣化廢水的來源、分類及水質(zhì)特點，敘述了目前主流的廢水處理措施，最后提出了煤氣化廢水下一步處理的建議。

煤化工；廢水；標準；治理措施

煤炭是我國重要的基礎(chǔ)能源，我國的“富煤、缺油、少氣”的現(xiàn)狀促使了煤化工企業(yè)的發(fā)展。煤化工泛指煤的氣化、液化、焦化及焦油加工、電石乙炔化工等，也包括以煤為原料制取碳素材料和煤基高分子材料等[1]，主要有煤炭焦化、煤氣化和煤液化三條產(chǎn)業(yè)鏈。發(fā)展現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)，即以煤氣化為龍頭的化工產(chǎn)業(yè)，主要合成、制取替代石油化工產(chǎn)品和燃料油的產(chǎn)品，可促進后石油時代化學工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[2]。作為龍頭的煤氣化產(chǎn)業(yè)耗水量巨大，產(chǎn)生的廢水量也大，水質(zhì)復雜，污染物濃度高，這極大的限制了煤化工企業(yè)的發(fā)展。本文主要針對煤氣化生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的廢水水質(zhì)特點進行分析和論述。通過分析，可以進一步明確煤氣化廢水處理技術(shù)的發(fā)展趨勢和研究方向，為企業(yè)選擇煤化工廢水處理技術(shù)路徑提供參考依據(jù)。

1 煤氣化廢水來源及特征

煤氣化廢水按照所含污染物種類可分為兩類：一是有機廢水，主要來源于工藝廢水，來自煤氣洗滌、冷凝和分離等，其特點是其特點是有機污染物濃度高，酚類、油及氨氮濃度高，難降解且含有毒物質(zhì)。有機廢水的水質(zhì)差異主要取決于煤氣化工藝，根據(jù)有關(guān)資料，中溫氣化工藝產(chǎn)生的廢水中的有害成分較復雜，難降解的酚、焦油等含量較高，在預處理之后，廢水的COD含量仍可高達1000mg/l以上[3]。高溫氣化工藝產(chǎn)生的廢水中有害成分就比較簡單，COD含量較低，往往在500mg/l左右。同時德士古工藝有機污染程度較低，但氨氮濃度較高；殼牌工藝廢水水質(zhì)相對潔凈，但氨氮及氰化物濃度較高；魯奇工藝氣化溫度低，但廢水污染物高且成分復雜，COD、氨氮和酚的含量均較高，含有大量的有毒有害物質(zhì)，處理難度很大[4]。

二是含鹽廢水，主要來源于生產(chǎn)過程中煤氣洗滌廢水、循環(huán)水系統(tǒng)排水、除鹽水系統(tǒng)排水、回用系統(tǒng)濃水等，有時也包括生化處理后的有機廢水排水，其特點是含鹽量高[5]。通常情況下，高含鹽量廢水是指TDS在600～6000mg/L之間或者更高的廢水。廢水中高含量的鹽主要來自水處理添加劑、生產(chǎn)工藝添加劑以及新鮮水補給[6]。

2 有機廢水處理措施

有機廢水的工藝路線一般為：物理預處理+生化處理+深度處理。

2.1 預處理

煤氣化廢水中高濃度酚、氨及油類物質(zhì)的存在都會對后續(xù)生化處理產(chǎn)生不利影響[7]。因此首先需要預處理，來去除廢水中的以上物質(zhì),減輕后續(xù)處理的負荷。

煤化工廢水預處理主要包括除油、脫酚、蒸氨、去除SS(初沉池、混凝沉淀等)和有毒有害或難降解有機物(脫硫、破氰、高級氧化預處理等)等。

除油一般采用重力法和氣浮法，采用重力法去除密度較大的油，氣浮法去除氣浮法要用于去除相對密度小于1或接近于1的懸浮物、油類和脂肪等難以自然沉降或上浮的物質(zhì)。吳翠榮[8]采用隔油－氣?。摲樱舭惫に噷︳斊鏍t氣化廢水進行預處理，試驗結(jié)果顯示：經(jīng)該工藝預處理后，氣化廢水中油的質(zhì)量濃度由346.4mg／L降為10.1mg／L，去除率達到97.1%。

廢水中的酚類物質(zhì)去除有萃取法、吸附法、精餾法、氧化法，目前一般采用萃取工藝去除通過該方法脫酚的效率可高達95%～97%[9]，同時該法投資較低。目前常用的萃取劑有重苯、粗苯、N-503煤油、二異丙醚等，以上萃取劑對單元酚有較好的萃取效果。絡合萃取劑由于其較高的分配系數(shù)和萃取能力而逐漸成為研究熱點，目前甲基異丁基甲酮(MIBK)已經(jīng)在哈爾濱氣化廠順利實施并實現(xiàn)平穩(wěn)運行。

廢水中的氨氮一般通過水蒸汽汽提工藝對氨類物質(zhì)進行回收，水蒸汽汽提又分為單塔和雙塔兩種工藝。單塔工藝具有流程簡單、可同時回收氨和硫化氫等酸性物質(zhì)、操作平穩(wěn)且靈活等優(yōu)點，應用較廣。雙塔工藝因占地面積大、流程復雜、能耗高、投資大等缺點，已逐步被單塔加壓側(cè)線汽提工藝取代。經(jīng)處理后，煤氣化廢水中氨氮的質(zhì)量濃度由11159mg/l降為195mg/l，去除率達到了98.3%[8]。

2.2 生化處理

生預處理后的煤化工廢水，由于含有多環(huán)和雜環(huán)類化合物，難降解有機物的存在會對生化處理效果產(chǎn)生不利影響。為了更好處理該種廢水，一般生物處理工藝難以達到理想效果，因此加強生物處理成為必然趨勢。

目前改進的好氧工藝主要包括SBR工藝和PACT工藝。中原大化公司實際運行結(jié)果顯示，在進水CODCr的質(zhì)量濃度為245mg／L～2739mg／L，氨氮的質(zhì)量濃度為4.14mg／L～34.81mg／L的條件下，SBR池出水CODCr質(zhì)量濃度可控制在50.1mg／L～94.4mg／L，氨氮的質(zhì)量濃度可控制4.7mg／L～15.0mg／L范圍內(nèi)[10]。目前采用改進型的SBR的企業(yè)還有陜西渭河煤化工、在金陵石化、山東兗礦神木甲醇等。

粉末活性碳/濕式氧化再生（PACT/WAR）是在活性污泥曝氣池中投加活性炭粉末，從而加速對有機物的氧化分解能力。張君波等[11]通過中試將粉末活性炭加入常規(guī)A/O工藝的好氧池形成PACT工藝，結(jié)果表明PACT對COD和氨氮的去除率可以達到98%和91%。

多級生物處理工藝主要包括了外循環(huán)厭氧處理系統(tǒng)、生物增濃同步脫氮系統(tǒng)、改良A/O氧化、活性硅藻土和碳粉吸附系統(tǒng)等。韓洪軍，徐鵬[12]等人的研究表明，厭氧/生物增濃/改良AO/BAF工藝處理內(nèi)蒙古某煤制尿素工程廢水時，在進水CODCr的質(zhì)量濃度為2500mg／L～3300mg／L，氨氮的質(zhì)量濃度為100mg／L～220mg／L，總酚的質(zhì)量濃度為500mg／L～800mg／L，煤化工廢水出水水質(zhì)達到《污水綜合排放標準》(GB 8978—1996)的一級標準，CODCr、氨氮、總酚的去除率可分別達到98%、99%、95%。

在有機廢水中，有一些比較難降解的有機物，吡啶、喹啉還有萘，通過厭氧—好氧聯(lián)合生物法對這些難降解物的去除率分別能達到70%，55%和67%[13]。

2.3 深度處理

通過預處理和生化處理后的煤化工廢水中CODcr、氨氮等濃度已經(jīng)下降了很多，但是其濁度、色度以及COD和氨氮等指標不能穩(wěn)定達到國家的排放標準。因此，需要繼續(xù)進行深度處理。深度處理方法主要有：混凝沉淀、活性碳吸附和高級氧化等。

王俊潔,刁偉明[14]的研究表明，采用高效混凝沉淀技術(shù),最后出水濁度可達到3度以下。高效混凝沉淀技術(shù)在占地、出水濁度、上升流速以及濾池反沖時間上均有較大的改善,具有明顯的優(yōu)勢。

徐莉莉，孫碩[15]等人通過對活性焦吸附與膜技術(shù)對煤化工廢水進行深度處理研究表明，將活性焦吸附用于膜系統(tǒng)的前處理可明顯降低廢水中的有機物濃度，緩解膜污染并提高產(chǎn)水水質(zhì)，后續(xù)再采用以超濾、反滲透為核心的膜處理技術(shù)可提高產(chǎn)水水質(zhì)至回用要求。

高級氧化技術(shù)主要用于處理解酚類、多環(huán)芳烴等難降解有機物。高級氧化技術(shù)目前應用較廣的主要是芬頓氧化和臭氧氧化。高珊，周集體[16]等人試驗研究表明經(jīng)過臭氧氧化后COD進一步去除了30%、可生化性明顯提高，廢水色度降至80，去除率達到80%。

3 含鹽廢水

目前常用的含鹽廢水處理方法主要有兩種：熱濃縮和膜分離。熱濃縮工藝的原理是將高含鹽量廢水利用熱能濃縮后得到濃水和清水。該工藝能耗較大，經(jīng)過串聯(lián)的多級蒸發(fā)器，能回收90%以上的清水[17]。

膜分離技術(shù)有反滲透膜、納濾膜、超濾膜分離技術(shù)等。利用膜分離技術(shù)處理含鹽濃度過高的廢水會大大地降低膜裝備的使用壽命，增加了煤化工企業(yè)的處理成本。

4 結(jié)語

我國的能源結(jié)構(gòu)決定了煤化工在我國發(fā)展的必然趨勢，面對日趨嚴峻的保護形式，煤化工廢水的“零排放”甚至達標排放均面臨極大的考驗。

4.1 煤氣化廢水因原煤和煤化工工藝導致了廢水中的污染物含量、有機組分變化均較大，成分復雜，在確定一套完善的處理工藝，應做好中試工作，確定最優(yōu)的處理工藝。

4.2 有機廢水做好預處理至關(guān)重要,除油、脫氮、脫酚（尤其是多元酚）是預處理的重點和難點。

4.3 含鹽廢水熱濃縮和膜分離處理成本較大，應加大對生物除鹽技術(shù)的進一步研究。

4.4 下一步應該應加大多種處理工藝的優(yōu)化組合處理煤化工有機廢水的研究。

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謝震震（1981—），男，碩士研究生，山東濟南，工程師，主要研究方向是環(huán)境影響評價，固廢處理與處置。