煤化工廢水中氨氮去除方法的研究及工程應(yīng)用

張越臺

（陽煤平原化工有限公司，山東 德州 253100）

本文詳細(xì)介紹了煤化工廢水的處理，提出了煤化工廢水氨氮去除的研究意義、來源和特點，以有效地減少環(huán)境污染。

一、煤化工廢水處理的研究意義

我國是一個煤炭大國，已探明的煤炭儲量約占世界總量的15%，但我國也是一個石油貧困國家，石油儲量不到世界石油儲量的3%。經(jīng)濟(jì)發(fā)展對能源的需求日益增加，我國油氣資源短缺的矛盾更加突出。近年來，我國加大了可再生資源、油頁巖、頁巖氣等清潔能源的開發(fā)力度，但由于受技術(shù)水平的限制，仍不能滿足社會和化工行業(yè)的需求。為了保障我國的能源安全，發(fā)展我國的煤炭工業(yè)至關(guān)重要。為促進(jìn)資源的高效清潔利用，我國出臺了一系列政策，發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)，鼓勵對煤炭加工改造項目進(jìn)行投資。清潔能源的發(fā)展目標(biāo)煤化工的來源已成為煤炭工業(yè)發(fā)展的新趨勢[1]。

煤化工是將煤轉(zhuǎn)化為多種化學(xué)品和多種燃料工業(yè)的過程，煤化工的主要產(chǎn)品是焦炭、合成氨、電石、煤油、煤烯烴、煤醇醚等，煤化工在提高煤炭利用率的同時，實現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益的最大化，減少了對環(huán)境的污染。但是煤化工會消失，它會消耗大量的水資源。煤化工廢水屬于高污染廢水，其成分復(fù)雜多變，不同工藝產(chǎn)生的煤化工廢水也存在較大差異，煤化工廢水中常含有大量的氨氮、氰化物、苯酚等有毒有害物質(zhì)。由于煤化工廢水的組成復(fù)雜，難以降解，因此針對煤化工廢水的處理問題進(jìn)行了研究。

對于減少煤化工廢水對環(huán)境的污染，提高煤化工廢水利用率具有重要意義。目前，煤化工廢水的處理方法主要有脫酚氨法、物理化學(xué)預(yù)處理法、生物處理法和混凝沉淀后排放法。除酚氨蒸餾法可以回收煤化工廢水中的酚類和氨類物質(zhì)，降低了成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益，同時也降低了水的毒性；物理化學(xué)預(yù)處理法可以去除石油類物質(zhì)和懸浮固體；生物處理法可以降解和脫氮[2]。

二、煤化工廢水的來源及特點

當(dāng)煤直接燃燒時，只有不到30% 的能量可以被使用，而且大部分能量被浪費(fèi)了。為了減少對石油資源的依賴，提高煤炭資源的利用率，煤炭資源的利用率越來越受到人們的重視，人們開始開發(fā)研究煤炭資源的轉(zhuǎn)化過程。煤化工廢水主要產(chǎn)生于煤炭加工利用廢水過程中，主要包括工藝廢水、鍋爐廢水和循環(huán)冷卻水。由于生產(chǎn)煤化工廢水的工藝目標(biāo)和處理技術(shù)不同，含有大量有機(jī)鹽離子和有機(jī)物的煤化工廢水的處理十分困難。介紹了煤化工的三種主要工藝及其廢水的來源和特點[3]。

首先是焦化廢水，煤制焦是指將煤轉(zhuǎn)化為焦炭的過程，通常煤在離開空氣的情況下，在1000℃的高溫下加熱，經(jīng)過一系列物理和化學(xué)變化形成焦炭的過程，生成的焦炭還可以產(chǎn)生含有數(shù)百種有機(jī)化學(xué)原料的焦油。實踐表明，焦化工業(yè)廢水主要來源于蒸汽冷凝、一次煤氣冷卻和生產(chǎn)用水，在煤氣冷卻和干餾過程中，水體中會有大量殘留物，是焦化廢水的主要來源，占焦化廢水總量的一半以上，水質(zhì)與焦化工藝及原煤種類和質(zhì)量密切相關(guān)。煉焦廢水中除了含有大量的氨氮、CODcr物質(zhì)，還含有大量的硫氰化物、氰化物顆粒物、酚類等污染物。

第二，是煤氣化廢水。煤氣化是指將煤炭原來的高分子固態(tài)物質(zhì)在特定的條件下，經(jīng)過一系列的物理變化、化學(xué)變化轉(zhuǎn)變?yōu)樾》肿託鈶B(tài)物質(zhì)的過程，在煤氣化過程中主要應(yīng)用“魯奇”、“德士古”、“殼牌”等三種工藝。煤氣化廢水的主要來源有煤氣洗滌廢水、煤氣冷卻廢水和煤氣分餾廢水，其中煤氣洗滌廢水是最主要的。煤氣化廢水是一種濃度高難于降解地有機(jī)廢水，含有大量的氨氮、氰化物、SS、揮發(fā)酚和多種環(huán)狀有機(jī)物[4]。

三是煤制油廢水。煤轉(zhuǎn)油是指在生產(chǎn)空煤油和汽柴油的過程中使用煤作為原料。直接液化工藝主要用于煤轉(zhuǎn)油化工和間接液化工藝，直接液化工藝是指煤漿加氫裂化為液態(tài)烴的高溫高壓工藝。間接液化是將煤炭轉(zhuǎn)化為液態(tài)烴的過程，也是氣化產(chǎn)品轉(zhuǎn)化為液態(tài)油的過程。煤制油工藝需要消耗大量的水和煤制油廢水的特點是成分復(fù)雜、色度大、乳化程度高、難降解，含有大量的無機(jī)物和有毒有機(jī)物，含有氨氮、氰化物等有毒有機(jī)物的無機(jī)物以含氮、硫雜環(huán)和苯系物為主。

三、煤化工廢水中氨氮去除方法的研究

通過對煤化工廢水來源及特點的認(rèn)識，可以了解到煤化工廢水中含有大量的氨氮物質(zhì)，為了更好地去除煤化工廢水中的氨氮物質(zhì)，減少對環(huán)境的污染，煤化工廢水處理通常采用分離技術(shù)、高級氧化技術(shù)、生物技術(shù)，以下詳細(xì)介紹了煤化工廢水中氨氮的去除方法。去除煤化工廢水中氨氮物質(zhì)通常采用生物法進(jìn)行處理。生物法應(yīng)用于煤化工廢水處理具有很多優(yōu)點，它可以降低煤化工廢水中有機(jī)物的濃度，可以有效地去除氨氮、CODcr、BOD，是煤化工廢水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，是煤化工廢水處理的核心工藝。原生物處理包括活性污泥法、生物脫氮法、生物強(qiáng)化技術(shù)等，相比之下活性污泥法可以去除煤化工廢水中的氨氮，效果更好，因為煤化工廢水中氨氮、氰化物濃度較高，會使微生物不能在這種環(huán)境中生存，為了改變這種狀況，可以通過氧化預(yù)處理、生物馴化措施、改進(jìn)曝氣等方法來減少煤化工廢水的毒性，提高溶解氧濃度和耐受性等，其他脫氮方法可以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)[5]。

針對煤化工廢水的特點，采用生物脫氨工藝處理煤化工廢水是十分必要的。生物除氨技術(shù)的核心是控制不同階段池中溶解氧的數(shù)量，以控制硝化和脫氮?；瘜W(xué)過程受到控制，有機(jī)物也可以被處理。目前廣泛采用的除了同步硝化反硝化技術(shù)和短程硝化反硝化技術(shù)外，還有厭氧－好氧聯(lián)合反硝化工藝[6]。

生物強(qiáng)化技術(shù)是指在煤化工行業(yè)中使用經(jīng)過特殊處理的微生物廢水處理技術(shù)，經(jīng)過特殊處理的微生物可以改善處理強(qiáng)度大，處理煤化工廢水的效果將大大提高。加入煤化工廢水中采用生物制劑或特殊細(xì)菌，改善煤化工廢水中氨氮和揮發(fā)性酚的處理以及氰化物處理能力。

此外，采用氧化還原法處理煤化工廢水也廣泛應(yīng)用于煤化工廢水的處理，該方法可以改變煤化工廢水中污染物的結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到抑制生物生長或降低污染物毒性的目的，可以從根本上解決煤化工廢水的毒性和色度問題。難降解的煤化工廢水通常采用氧化法處理，有毒煤化工廢水可生化性較好，與生物法相結(jié)合可達(dá)到較好的處理效果，飲用水中含有微量有害物質(zhì)[7]。

結(jié)語

中國的資源結(jié)構(gòu)決定了中國必須充分利用煤炭資源。為了提高煤炭資源的利用率，我國的煤化工產(chǎn)業(yè)依賴于國際上對煤炭資源的需求越來越大。煤化工生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量廢水對我國的環(huán)境有很大的影響。詳細(xì)介紹了煤化工廢水處理的研究意義，提出了從煤化工廢水中去除氨氮的方法，有效地解決了環(huán)境污染問題。