煤化工廢水處理及資源化利用研究現(xiàn)狀

劉文 滿強(qiáng)強(qiáng)

山東能源集團(tuán)山能化工內(nèi)蒙古榮信化工有限公司 內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 014300

煤化工廢水是指在煤化工生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的含有高濃度有機(jī)物、重金屬等污染物的廢水。由于其復(fù)雜的組成和高難度的處理，煤化工廢水處理及資源化利用一直是研究熱點(diǎn)和挑戰(zhàn)。隨著環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高和嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)的實(shí)施，煤化工企業(yè)面臨著越來越大的壓力來減少廢水排放和實(shí)現(xiàn)資源化利用。

1 煤化工廢水的來源及性質(zhì)

1.1 煤化工廢水的來源

（1）煤氣化過程產(chǎn)生的廢水

在煤氣化過程中，通過對(duì)煤進(jìn)行高溫分解和氣化產(chǎn)生了合成氣。在這個(gè)過程中，廢水主要來自于煤的洗滌和氣化過程中的冷卻用水。

（2）煤直接液化（CTL）和煤間接液化（ITL）過程產(chǎn)生的廢水

液化是指將煤直接轉(zhuǎn)化為液體燃料或化學(xué)品的過程。在液化過程中，除了產(chǎn)出油、煤渣和煤焦之外，還會(huì)產(chǎn)生大量的廢水。

（3）煤焦化過程產(chǎn)生的廢水

煤焦化是指將煤進(jìn)行加熱和干餾，得到焦炭和一些有機(jī)氣體的過程。廢水主要來自于煤的洗滌和焦?fàn)t冷卻過程中的冷卻用水。

1.2 煤化工廢水的特點(diǎn)

1.2.1 含有高濃度的有機(jī)物

煤化工廢水中含有大量的有機(jī)物，如苯、甲醛、苯酚等。這些有機(jī)物具有毒性和難降解性。

1.2.2 含有重金屬離子

煤化工廢水中常含有鉛、汞、鎘、鉻等重金屬離子。這些重金屬對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康具有較高的毒性。

1.2.3 高濁度和高溫度

煤化工廢水通常具有高濁度和高溫度，這會(huì)給廢水的處理帶來一定的挑戰(zhàn)。

1.2.4 酸堿性差異大

由于煤化工過程中使用的原料和反應(yīng)條件的不同，廢水的酸堿性可能存在一定的差異。

2 煤化工廢水的影響

2.1 水環(huán)境污染

煤化工廢水中含有高濃度的有機(jī)物、重金屬離子等污染物。當(dāng)這些廢水排放入水體時(shí)，會(huì)對(duì)水環(huán)境造成嚴(yán)重污染，破壞水體的生態(tài)平衡。有機(jī)物的存在可能導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化和藻類爆發(fā)，降低水質(zhì)并影響水生生物生長(zhǎng)和繁殖。重金屬的累積和毒性也會(huì)對(duì)水生生物和生態(tài)系統(tǒng)造成潛在威脅。

2.2 土壤污染

如果煤化工廢水未經(jīng)適當(dāng)處理就直接排放或滲漏到土壤中，會(huì)導(dǎo)致土壤污染。有機(jī)物和重金屬的積累可能影響土壤質(zhì)量和肥力，限制作物的生長(zhǎng)和發(fā)展。此外，部分有機(jī)物可能會(huì)在土壤中逐漸降解為有害的代謝產(chǎn)物，并進(jìn)一步影響土壤質(zhì)量和生物多樣性。

2.3 直接接觸風(fēng)險(xiǎn)

如果人們接觸到未經(jīng)處理的煤化工廢水，可能會(huì)對(duì)其健康產(chǎn)生直接威脅。有機(jī)物和重金屬對(duì)人體具有潛在的毒性，可能導(dǎo)致急性或慢性中毒。某些有機(jī)物還可能具有致癌性或致畸作用，對(duì)長(zhǎng)期暴露的人群造成健康風(fēng)險(xiǎn)。此外，高濁度和高溫度的廢水也可能引發(fā)皮膚刺激、消化道問題等。

2.4 社會(huì)影響

煤化工廢水對(duì)周邊環(huán)境的污染和健康風(fēng)險(xiǎn)可能引發(fā)公眾的關(guān)注和不滿，可能對(duì)相關(guān)企業(yè)的聲譽(yù)和社會(huì)形象造成負(fù)面影響，進(jìn)而對(duì)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和利益產(chǎn)生影響。此外，廢水的處理和治理也需要投入大量的資金和技術(shù)，可能增加企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本。

3 煤化工廢水的處理技術(shù)

3.1 物理處理

物理處理是煤化工廢水資源化利用的一種重要途徑，通過物理性質(zhì)的分離和轉(zhuǎn)移，將廢水中的固體顆粒、懸浮物等進(jìn)行去除，實(shí)現(xiàn)固液分離和凈化。以下是幾種常見的物理處理方法

3.1.1 沉淀與過濾

在沉淀池中，通過添加化學(xué)沉淀劑（如氫氧化鈣、石灰等），使廢水中的固體顆粒和懸浮物沉淀到池底，然后通過反復(fù)沉淀和攪拌，最終達(dá)到固液分離的效果?？刹捎渺o態(tài)沉淀池、流態(tài)沉淀池等不同的設(shè)備形式進(jìn)行。過濾技術(shù)通過介質(zhì)（如砂濾、活性炭、陶瓷濾芯等）來過濾廢水中的懸浮固體顆粒。介質(zhì)的不同粒徑和材料可以根據(jù)廢水的特性進(jìn)行選擇，以實(shí)現(xiàn)固液分離和澄清的效果。常見的過濾方法包括壓濾、真空過濾、自動(dòng)過濾等。

3.1.2 吸附

吸附技術(shù)通過添加吸附劑（如活性炭、離子交換樹脂等），將廢水中的有機(jī)物和重金屬離子吸附到吸附劑表面，從而達(dá)到凈化廢水的效果。吸附劑選擇應(yīng)根據(jù)目標(biāo)物質(zhì)的特性以及吸附材料的催化活性和再生能力等因素進(jìn)行。

3.1.3 簡(jiǎn)單過程分離

根據(jù)廢水中不同成分的物理性質(zhì)差異，可使用簡(jiǎn)單的物理方法進(jìn)行分離，如比重差異的沉淀分離、溶解度差異的結(jié)晶分離等。這些方法適用于廢水中含有可分離的物質(zhì)，如固體顆粒、懸浮物、無機(jī)鹽等。物理處理可以作為煤化工廢水資源化利用過程中的初步處理階段，幫助去除廢水中的固體顆粒和懸浮物等，為后續(xù)的化學(xué)或生物處理提供更好的條件。不同的物理處理方法可以根據(jù)廢水的特性和處理需求進(jìn)行組合和選擇，以實(shí)現(xiàn)高效的廢水凈化和資源回收。

3.2 化學(xué)處理

通過添加化學(xué)沉淀劑如氫氧化鈣（Ca（OH）2）、石灰（CaO）等，使廢水中的有機(jī)物和重金屬離子發(fā)生沉淀反應(yīng)，沉淀物可通過后續(xù)處理方式進(jìn)行回收。沉淀過程中還可以實(shí)現(xiàn)廢水的脫色，通過去除廢水中的色度來提高水質(zhì)。廢水中可能存在酸性或堿性物質(zhì)，通過加入中和劑如碳酸氫鈉、石灰等可以調(diào)節(jié)廢水的pH值，并將廢水中的酸堿性物質(zhì)中和。廢水中存在大量的重金屬離子，使用絡(luò)合劑如硫代硫酸鹽、聚合物等與重金屬離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，形成穩(wěn)定無溶解度的絡(luò)合物，實(shí)現(xiàn)重金屬的沉淀與去除。通過添加催化劑或酶類，促進(jìn)有機(jī)物的分解和降解反應(yīng)，將其轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，如利用催化劑將氨氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)?，降低廢水中的氨氮含量?；瘜W(xué)處理方法可以根據(jù)廢水中不同污染物的特性進(jìn)行選擇和調(diào)整，以達(dá)到有效去除污染物、凈化廢水和回收資源的目的。了解廢水中污染物的成分和特性，結(jié)合不同化學(xué)處理方法的適用條件和效果，有助于制定合理的化學(xué)處理策略。

3.3 生物處理

3.3.1 常見的生物處理方法

通過培養(yǎng)一定的好氧微生物，將有機(jī)物在氧氣的存在下進(jìn)行氧化降解，從而去除污染物。利用固定化生物膜，或采用生物膜載體如填料、纖維等固定生物系，使流經(jīng)廢水的廢水與細(xì)菌膜之間相互作用，降解和去除污染物。廢水在無氧條件下通過厭氧微生物的代謝作用，轉(zhuǎn)化為沼氣和有機(jī)質(zhì)。污水透過濾池多孔性介質(zhì)，處于缺氧或微氧的環(huán)境中，微生物利用有機(jī)物降解污染物。

3.3.2 其他生物處理方法

利用濕地植物和微生物在濕地內(nèi)進(jìn)行廢水的降解和凈化。人工濕地可以模擬自然濕地的生物過程，有效去除有機(jī)物和重金屬等污染物。利用特定微生物菌株或生物材料如藻類、真菌等，通過吸附作用將廢水中的污染物吸附到細(xì)胞表面，從而凈化廢水。生物處理方法具有環(huán)境友好、操作簡(jiǎn)單、投資成本較低等優(yōu)點(diǎn)，并且可以實(shí)現(xiàn)廢水中有機(jī)物的降解和資源回收。但是，生物處理受到水質(zhì)、溫度、pH值等因素的影響，在設(shè)計(jì)和操作過程中需要根據(jù)廢水的特性和要求進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和控制。因此，了解廢水中的污染物類型和濃度、微生物的特性以及合適的生物處理工藝對(duì)于實(shí)現(xiàn)高效的廢水資源化利用至關(guān)重要。

3.4 先進(jìn)處理技術(shù)

利用紫外光輻射或可見光輻射與光催化劑（如二氧化鈦）相互作用，產(chǎn)生高活性的自由基，通過氧化反應(yīng)將有機(jī)污染物分解成無害物質(zhì)。利用臭氧氣體對(duì)廢水中的有機(jī)物進(jìn)行強(qiáng)氧化，降解有機(jī)污染物。臭氧還可以去除廢水中的色度和異味，同時(shí)具有殺菌消毒的效果。通過半透膜將廢水中的溶解性溶質(zhì)和固體顆粒分離，使水分子通過膜而阻攔溶質(zhì)和固體顆粒，實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水中有機(jī)物和離子的去除。通過超細(xì)孔徑膜分離技術(shù)將廢水中的膠體顆粒、懸浮物等物質(zhì)分離出去，同時(shí)保留溶解的有機(jī)物和離子。利用電流和電極將廢水中的金屬離子沉積在電極上，并通過電極表面反應(yīng)去除重金屬污染物。通過電解作用，產(chǎn)生氧化劑（如高價(jià)態(tài)金屬陽離子）來降解廢水中的有機(jī)物，從而實(shí)現(xiàn)廢水的凈化效果。冷等離子體技術(shù)將廢水暴露在冷等離子體中，通過電離和放電反應(yīng)，使廢水中的有機(jī)物氧化分解為簡(jiǎn)單無機(jī)物和少量CO2、H2O等。

4 煤化工廢水資源化利用途徑

4.1 能源化利用

4.1.1 沼氣生產(chǎn)

通過厭氧消化技術(shù)，將廢水中的有機(jī)物質(zhì)在無氧環(huán)境下分解產(chǎn)生沼氣。沼氣主要由甲烷（CH4）和二氧化碳（CO2）組成，可以作為可再生能源來發(fā)電、供熱或作為燃料使用。同時(shí)，沼渣也是一種有機(jī)肥料，可用于農(nóng)業(yè)或園藝。

4.1.2 生物質(zhì)能源生產(chǎn)

通過將廢水中的固體廢棄物進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)化，生成生物質(zhì)能源。例如，廢水中的有機(jī)廢棄物可以用于生產(chǎn)生物柴油、生物乙醇等可燃性液體燃料，用于替代傳統(tǒng)石油燃料。此外，廢水中的生物質(zhì)固體廢棄物也可以作為生物質(zhì)顆粒（生物質(zhì)燃料）用于熱能產(chǎn)生或其他能源利用。

4.1.3 溫室氣體回收與利用

煤化工廢水中可能含有溫室氣體（如甲烷、二氧化碳等），可以進(jìn)行回收和利用。例如，廢水中的甲烷可以用于發(fā)電或供熱，減少對(duì)化石燃料的依賴；而二氧化碳可以用于工業(yè)過程中的注入、制備化學(xué)品等。

4.1.4 太陽能光伏系統(tǒng)補(bǔ)充

將廢水中的可利用水資源提取出來，用于太陽能光伏系統(tǒng)的冷卻，提高光伏電池板的效率，并同時(shí)供應(yīng)冷卻后的廢水用于其他用途。能源化利用不僅減少了對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴，還能提高能源利用效率和減少溫室氣體排放。然而，進(jìn)行能源化利用需要進(jìn)行充分的廢水處理和凈化，以確保廢水對(duì)環(huán)境和人類健康的影響降到最低。同時(shí)，選擇適當(dāng)?shù)募夹g(shù)和工藝流程，根據(jù)廢水的特性和目標(biāo)利用需求進(jìn)行合理規(guī)劃和操作。

4.2 農(nóng)業(yè)利用

經(jīng)過適當(dāng)?shù)膹U水處理和凈化，將廢水用于農(nóng)田灌溉，起到節(jié)水和養(yǎng)分供給的作用。廢水中的養(yǎng)分可被作物吸收利用，并為農(nóng)田提供水分，同時(shí)降低了對(duì)地下水的依賴。利用廢水中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、微量元素等，進(jìn)行循環(huán)農(nóng)業(yè)。廢水中的養(yǎng)分可以與傳統(tǒng)化肥結(jié)合使用，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，同時(shí)降低對(duì)化學(xué)肥料的需求。通過對(duì)廢水中的有機(jī)物進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)化，將其轉(zhuǎn)化為有機(jī)肥料，如厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼液或廢水經(jīng)處理后的殘?jiān)?。這些有機(jī)肥料可以用于土壤改良、作物生長(zhǎng)促進(jìn)和保護(hù)等，有利于提高土壤質(zhì)量和農(nóng)作物的健康生長(zhǎng)。廢水中的養(yǎng)分可以用于蔬菜種植，如葉菜類、豆科蔬菜等。廢水中的微量元素對(duì)于蔬菜的生長(zhǎng)和營(yíng)養(yǎng)很重要，能夠提高產(chǎn)量和品質(zhì)。

4.3 城市供水補(bǔ)充

處理后的煤化工廢水可用于工業(yè)領(lǐng)域多種生產(chǎn)過程中的冷卻水、清洗水、制造過程用水等。廢水中的水分和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)可以為工業(yè)生產(chǎn)提供所需的水資源和養(yǎng)分，有效利用廢水資源。處理后的廢水可以通過灌溉被城市公園、綠地、花壇等地方所需的水資源。廢水中的肥料成分和微量元素對(duì)植物生長(zhǎng)有促進(jìn)作用，可以提高植物的健康度和美觀度。處理后的煤化工廢水可以用作城市中的景觀水體，如人工湖、噴泉等的水源。經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚砗蛢艋?，使廢水達(dá)到景觀水的要求，同時(shí)提升城市的景觀效果。處理后的廢水可以用于車輛清洗、道路沖洗、建筑物外墻清洗等清洗用途。利用廢水進(jìn)行清洗可以節(jié)約市政供水，并達(dá)到清洗效果。

4.4 生態(tài)修復(fù)和景觀建設(shè)

在生態(tài)修復(fù)和景觀建設(shè)中，需要將廢水進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚砗蛢艋?，確保廢水中的有害成分得到消除，保護(hù)生物多樣性和環(huán)境健康。此外，還應(yīng)根據(jù)具體情況和要求，合理規(guī)劃和設(shè)計(jì)生態(tài)修復(fù)方案，采取適當(dāng)?shù)墓芾泶胧?，以最大程度地?shí)現(xiàn)生態(tài)修復(fù)和景觀建設(shè)的效果。

5 結(jié)束語

煤化工廢水處理及資源化利用的研究正在不斷發(fā)展，各種新的技術(shù)和方法被提出并逐漸得到應(yīng)用。然而，仍然存在一些挑戰(zhàn)需要克服，如廢水處理成本高、副產(chǎn)物的處置等。因此，未來的研究方向應(yīng)該集中在提高處理效率、降低成本、實(shí)現(xiàn)廢水資源化利用等方面。通過持續(xù)的創(chuàng)新和合作，我們相信可以找到更加可行和可持續(xù)的煤化工廢水處理及資源化利用解決方案，以實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。