地下煤氣化廢水處理方法研究

劉亞軍

摘 要：地下煤氣化廢水主要為井下燃空區(qū)洗滌水和地面煤氣凈化及產(chǎn)品回收過程產(chǎn)生的廢水，成分復(fù)雜，是國(guó)內(nèi)外廢水處理領(lǐng)域的一大難題。文章從生化法、物化法和化學(xué)氧化法3個(gè)方面綜述了近年來國(guó)內(nèi)外類似廢水處理技術(shù)的研究進(jìn)展，分析了現(xiàn)有處理方法的優(yōu)缺點(diǎn)，并提出了地下煤氣化廢水處理技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：地下煤氣化；廢水處理；生化法

中圖分類號(hào)：X784 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）20-0119-02

Abstract： Underground coal gasification wastewater is mainly produced by underground air burning area washing water and surface gas purification and product recovery process， and its composition is complex， which is a difficult problem in the field of wastewater treatment at home and abroad. In this paper， the research progress of similar wastewater treatment technologies at home and abroad in recent years is reviewed from the aspects of biochemical method， physicochemical method and chemical oxidation method， and the advantages and disadvantages of the existing treatment methods are analyzed. The development trend of underground coal gasification wastewater treatment technology is put forward.

Keywords： underground coal gasification； wastewater treatment； biochemical method

1 概述

地下煤氣化是通過熱化學(xué)作用將煤直接在地下變?yōu)榭扇細(xì)怏w的過程。在氣化過程會(huì)產(chǎn)生大量的廢水，氣化廢水主要來自井下燃空區(qū)洗滌水和地面煤氣凈化及產(chǎn)品回收過程產(chǎn)生的廢水。地下煤氣化廢水成分類似于地面煤氣化和焦化廠的廢水，成分復(fù)雜，含多種有機(jī)、無機(jī)污染物，如酚類、氨氮、氰化物、硫化物、多環(huán)芳烴等，屬高濃度，高污染，難降解有機(jī)工業(yè)廢水，對(duì)一切生物都有毒害作用，一直是廢水處理領(lǐng)域的一大難題，其處理方案可以借鑒地面煤氣化和焦化廠廢水處理工藝。

2 生化處理法

生化處理法是利用微生物的新陳代謝作用來降解水中的有機(jī)物。

2.1 活性污泥法

活性污泥法一般由曝氣池、二沉池、污泥沉淀池、鼓風(fēng)系統(tǒng)和污泥回流系統(tǒng)組成。通過曝氣池曝氣，活性污泥呈懸浮狀態(tài)，活性污泥中的微生物代謝消耗廢水中的有機(jī)物，使其最終轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水，廢水由此得到凈化。研究發(fā)現(xiàn)采用活性污泥進(jìn)行生物降煤氣化廢水研究，能將污水中的酚有效地去除，但對(duì)氨氮，特別是有機(jī)氮的降解效果很差。

2.2 A/O、A2/O、A/O2等生物脫氮工藝

常規(guī)活性污泥法對(duì)有機(jī)氮的降解能力差，若在處理過程中加入具有脫氮能力的亞硝化菌、硝化菌的活性污泥，利用微生物的硝化和反硝化作用可將氨氮類物質(zhì)轉(zhuǎn)化成氮?dú)?，由此便產(chǎn)生了以A-O為核心的A2/O、A2/O、A2/O2等生物脫氮工藝。太原煤氣化公司焦化廠采用A2/O生物膜系統(tǒng)處理焦化廢水，運(yùn)行5個(gè)月，系統(tǒng)對(duì)COD去除率在85%以上，對(duì)氨氮的去除率達(dá)96%以上，COD出水濃度低于150mg/L，氨氮濃度低于15mg/L。韶鋼焦化廠，采用AO2工藝處理焦化廢水，廢水中的COD、揮發(fā)酚、氨氮和油的去除率分別達(dá)到了91.4%，99.9%，89.5%和87.8%。A/O、A2/O、A/O2工藝能夠有效的去除焦化廢水中的有機(jī)氮，已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。但這些工藝都需要較大的回流比和水力停留時(shí)間，處理設(shè)施龐大，基建投資大。在運(yùn)行過程中必須嚴(yán)格控制pH和溫度，運(yùn)行管理復(fù)雜，運(yùn)行費(fèi)用較高。

2.3 膜生物反應(yīng)器（MBR）

膜生物反應(yīng)器一種由膜分離單元與生物處理單元相結(jié)合的新型水處理技術(shù)。趙文濤等使用浸沒式厭氧/缺氧/好氧-膜-生物反應(yīng)器系統(tǒng)處理實(shí)際焦化廢水。連續(xù)運(yùn)行160天，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)對(duì)COD、揮發(fā)酚、氨氮和濁度去除率分別為88.0%±1.6%，99.9%，98.3%±1.9%，99.4%±0.2%。劉玉敏等研制了物化預(yù)處理/生物處理/膜生物反應(yīng)器，該系統(tǒng)能有效去除焦化廢水中的各類污染物，且新工藝簡(jiǎn)單易行，運(yùn)行成本較低。與常規(guī)生化處理工藝比較，處理廢水的成本可降低1～2元/t。膜生物反應(yīng)器具有一定的實(shí)用性，但是膜污染是制約MBR推廣應(yīng)用的最主要因素。研制抗污染、耐微生物侵蝕的新的膜材料將是未來膜生物反應(yīng)器的發(fā)展方向。

2.4 SBR工藝

SBR是近年來開發(fā)的活性污泥新工藝，該工藝通過程序化控制充水、曝氣反應(yīng)、沉淀、排水、排泥等五個(gè)階段實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水的生化處理。藥寶寶等對(duì)SBR工藝進(jìn)行改良，將碟式射流曝氣應(yīng)用在SBR工藝中，該法處理效果好、運(yùn)行穩(wěn)定、操作及控制靈活，氨氮出水濃度小于10mg/L去除率達(dá)到98%。SBR工藝能充分利用兼性菌的特性，將缺氧、厭氧、好氧過程集中在同一反應(yīng)器中，采用間歇方式極大地提高了操作的靈活性，污泥性能好，抗負(fù)荷與毒物的沖擊能力顯著增強(qiáng)。

3 物理化學(xué)法

3.1 化學(xué)沉淀法

賴鵬等利用Fe2（SO4）3作為混凝劑，對(duì)焦化廠廢水生化處理出水進(jìn)行深度處理。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在pH3～9的條件下，混凝對(duì)生化出水中的有機(jī)物均能取得較好去除效果。于凱等在焦化廠廢水處理過程中加入適量的FeSO4和CaCO3固體，系統(tǒng)COD、氨氮和色度的去除率分別達(dá)79.8%、69.8%和80%～90%，處理后的水質(zhì)穩(wěn)定，且提高了廢水可生化性，為后續(xù)生物處理創(chuàng)造條件。但是，化學(xué)沉淀法中有機(jī)沉淀劑難降解，無機(jī)沉淀劑用量大，易產(chǎn)生二次污染，工藝較繁瑣，設(shè)備占地面積大。研制新型、高效、安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的沉淀劑是化學(xué)沉淀法發(fā)展的必然方向。

3.2 吸附法

吸附法即利用多孔性吸附劑吸附廢水中的一種或幾種溶質(zhì)，使廢水得到凈化。通常采用的吸附劑有粉煤灰、熄焦粉、活性炭、樹脂等。黃龍等采用活性炭對(duì)武漢某焦化廠廢水進(jìn)行深度處理。結(jié)果表明，僅在1g/L的活性炭吸附20min后即可將廢水COD降到110mg/L，出水無色澄清，符合排放要求。

吸附法能有效去除廢水中的污染物，開發(fā)廉價(jià)易得、吸附性能好且易回收的新產(chǎn)品，并盡快將其轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，將成為以后吸附法發(fā)展方向。

3.3 溶劑萃取法

溶劑萃取法不僅設(shè)備投資少、操作簡(jiǎn)便、能耗低，而且主要污染物能有效回收利用，溶劑萃取法正廣泛用于處理各種含酚廢水。章莉娟等利用M105萃取劑對(duì)煤氣化廢水進(jìn)行酚回收處理。當(dāng)控制pH=9-10、溫度40-60℃，相比=1：6條件下，經(jīng)四級(jí)逆流萃取，總酚去除率大于93%，COD去除率為85%，處理后能滿足后續(xù)生化處理的要求。

4 化學(xué)氧化法

4.1 Fenton試劑法

Fenton試劑氧化法具有反應(yīng)迅速、反應(yīng)條件溫和且無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，在廢水處理中的應(yīng)用也越來越廣泛。許多研究者在經(jīng)典Fenton試劑基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，研發(fā)出新型類Fenton氧化法。許俊強(qiáng)等采用濕式浸漬法制備非均相多孔硅基材料載Fe催化劑Fe/SiO2，以H2O2為氧化劑，進(jìn)行高濃度難降解的焦化廢水的類Fenton催化氧化降解。該法對(duì)焦化廢水COD去除率可達(dá)85.4%，催化效果顯著增強(qiáng)。

4.2 臭氧氧化法

臭氧是一種強(qiáng)氧化劑，可除去廢水中的酚、氰等污染物，同時(shí)還可起到脫色、除臭、殺菌的作用。劉金泉等將O3與H2O2、UV聯(lián)合用于焦化廠生化出水的深度處理，反應(yīng)時(shí)間40min，焦化廠廢水COD及UV254的去除率最高可達(dá)47.14%和73.47%，COD可降至67mg/L。臭氧氧化法耗電量大，運(yùn)行及投資費(fèi)用高，處理成本高，因而該方法還主要用于自來水廠水質(zhì)消毒及廢水的深度處理，工業(yè)廢水處理中應(yīng)用較少。

4.3 電化學(xué)氧化法

三維電極是一種新型的電化學(xué)反應(yīng)器，與傳統(tǒng)的二維電極相比，能夠增加電解槽的面體比，且顆粒間距小而增大物質(zhì)移動(dòng)速度，提高電流效率和處理效果。何緒文等以焦粉為粒子電極，研究三維電極法深度處理高氨氮焦化廢水。反應(yīng)30mim，氨氮去除率達(dá)到90%，出水氨氮值低于15mg/L。現(xiàn)有的三維電極裝置都不同程度地存在需投加一定量電解質(zhì)及長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)后電極阻塞問題；充分考慮各方面的影響因素，設(shè)計(jì)出高效合理的電催化反應(yīng)器是該領(lǐng)域工業(yè)化的研究方向。

4.4 光催化氧化法

光催化氧化法比傳統(tǒng)的化學(xué)氧化法具有明顯的優(yōu)勢(shì)，它無需化學(xué)試劑，操作條件容易控制，無二次污染，而且TiO2化學(xué)穩(wěn)定性高，無毒且成本低，進(jìn)行金屬或非金屬摻雜，可大大提高其光催化活性。趙清華等采用TiO2與粉末活性炭復(fù)合光催化劑（TiO2/PAC）對(duì)焦化廠廢水進(jìn)行光催化處理發(fā)現(xiàn)廢水中的COD去除率可達(dá)89%。光催化氧化法對(duì)水中酚類物質(zhì)及其他有機(jī)物都有較高的去除率，且能耗低，有著很大的發(fā)展?jié)摿Α５?，這種方法目前還僅停留在理論研究階段。

5 結(jié)束語

地下煤氣化技術(shù)越來越受到人們的關(guān)注，其帶來的環(huán)境問題也越發(fā)嚴(yán)峻，廢水處理作為其中最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，必須得到足夠的重視。單一的利用一種工藝很難達(dá)到廢水處理的理想要求，組合工藝漸漸受到人們的關(guān)注，我們應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況合理的選擇一種或幾種組合工藝取長(zhǎng)補(bǔ)短，找到既高效又經(jīng)濟(jì)的處理方法，降低運(yùn)行成本，提高達(dá)標(biāo)率，避免二次污染，改善環(huán)境質(zhì)量，減輕地下煤氣化廢水對(duì)各地水體的污染，實(shí)現(xiàn)水資源的循環(huán)利用。

參考文獻(xiàn)：

[1]師立兵.A2/O生物膜系統(tǒng)處理焦化廢水的影響因素分析[J].煤化工，2009（02）：65-67.