煤化工废水处理工艺技术的研究及应用进展

艾 娟

内蒙古大唐国际再生资源开发有限公司

煤化工废水处理工艺技术的研究及应用进展

艾 娟

内蒙古大唐国际再生资源开发有限公司

近年来，可实现石油和天然气资源补充和部分替代的新型煤化工得到较快发展。煤制油、煤制烯烃、煤制天然气和煤制乙二醇等被国家发改委确定为重点示范发展方向。据不完全统计，目前拟建和在建的煤制天然气项目产能规模达到了800亿m3/a。然而新型煤化工项目总体水资源消耗量很大，高浓度废水排放量高，与项目建设地(多位于内蒙、新疆等地)缺水且脆弱的生态环境之间的矛盾日益突出，这就使得煤化工项目在建设过程中必须重点考虑水资源的循环利用，进而也使得煤化工行业废水处理及回用的技术需求十分迫切。

煤化工；废水处理；工艺技术

引言

1 不同煤化工工艺废水特征

1.1 煤焦化废水

煤焦化是指煤炭在隔绝空气和高温加热的条件下，受热分解生成煤气、焦油、粗苯和焦炭的过程。在炼焦、煤气净化、焦油及粗苯加工精制等过程中容易产生含有酚、氨及大量有机物的工业废水，排放量大，成分复杂。以武钢焦化公司焦油车间蒸馏氨水废水水质特性为例，废水中化学需氧量(COD)平均含量为19302mg/L，挥发酚含量1854mg/L，氨氮含量1457mg/L，油含量11286mg/L。同时含有含氮硫类杂环化合物和苯系物、多环芳烃等。煤焦化废水水质易受煤质和炼焦工艺影响，废水达标处理的难度较大。

1.2 煤气化废水

煤气化是以煤或煤焦为原料，在一定的温度和压力条件下，将煤或煤焦与氧气、水蒸气等气化剂反应转化为水煤气的过程。应用较多的主要有碎煤加压气化、粉煤气化和水煤浆气化工艺，不同气化工艺产生气化废水的水质、水量差异较大。碎煤加压气化废水污染物浓度高，污染物成分复杂，废水中COD浓度为3000～5000mg/ L，同时含有挥发酚、氨氮及较少量的苯系物、芳环化合物等难降解物质，B/C(BOD/COD，生化需氧量/化学需氧量)值小于0.3，可生化性较差。水煤浆气化废水有机物浓度低，COD浓度在500mg/L左右，B/C值大于0.5，可生化性较好，但总溶解性固体物质(TDS)浓度大于3000mg/L，Cl-浓度在500mg/L左右。粉煤气化废水COD浓度与水煤浆气化废水大致相同，但TDS浓度大于10000mg/L，Cl-浓度2000～3000mg/L。煤气化废水是典型的高浓度难降解有机废水。

1.3 煤液化废水

煤液化废水主要来源于液化、加氢精制、加氢裂化等操作过程中产生的含酚、含氨氮等工业废水，成分复杂，可生化性差。以神华煤直接液化项目为例，液化废水中挥发酚浓度50mg/L，COD浓度为2000～5000mg/L，氨氮浓度100～350mg/L，油浓度500mg/L，且其中包含有大量的苯系物、杂环化合物、多环芳烃等。煤液化废水具有油含量大，乳化程度高，难以生物降解的特点。

2 煤化工行业污水处理技术分析

2.1 预处理技术

(1)脱酚

煤化工废水中所含有的酚，可利用具有高比表面积的吸附材料进行脱酚处理，当吸附材料吸附饱和后，在利用有机溶剂或蒸汽对吸附剂进行解脱再生。常用的吸附材料有改性的膨润土、活性炭以及大孔的吸附树脂。天然的膨润土在其表面具有亲水性的硅氧结构，对水中有机物的吸附性差。因此，在利用膨润土作为吸附剂时通常对其进行改性在加以利用。有研究者对天然的膨润土和经过改性的有机膨润土的脱酚性能进行了研究，结果表明改性后的膨润土吸附活化能更大，达到平衡的时间较小，吸附酚的量更大。

休闲制约协商更加强调人对制约因素的积极能动作用，进一步拓展了休闲制约的研究内容。当然，如何检验和测量休闲制约协商过程中的各种干预因素也成为研究难点，同时是推动研究向纵深方向发展的关键点。

活性炭也是常用的吸附剂之一，活性炭的具有高比表面积、表面的孔结构发达，而且价格相对低廉。因此，在煤化工废水脱酚处理中常用活性炭为吸附剂。有研究者利用活性炭吸附浓度为60mg/ L的苯酚，在温度为30℃，pH值为6.0的条件下，苯酚去除率为86%。随着高分子材料技术的发展，新型的吸附材料展现出了更为优越的吸附性能，例如大孔吸附树脂的应用，大孔吸附树脂与吸附物质之间靠范德华力来吸附，其表面还有巨大的比表面积，相比活性炭等吸附材料，它具有空分布窄，容易解脱等优点。

(2)除油

煤化工企业产生的废水中含有一定的油类，油类物质将会黏附在菌胶团的表面，进而阻碍了可溶性有机物进入到微生物的细胞壁，从而影响了生物处理工艺的效果，因此在进入生化处理单元前应对煤化工废水进行出油，以提高后续的处理效果。通常情况下，生化处理废水要求进水中含油量需小于50mg/L。在煤化工废水的油类物质通常采用隔油池和气浮法来进行控制。

(3)蒸氨

煤化工废水氨氮的浓度很高，主要来源于煤制气反应中高温裂解和煤制气反应剩余的氨水。高浓度的氨氮，在进行生化处理过程中会抑制硝化细菌的活性，进而导致生活处理工艺处理效果不佳，不能保证出水氨氮达标。目前脱氨的过程主要采用水蒸气汽提法，将煤化工产生的废水中通入大量的高温蒸汽，使其充分的接触，以此将废水中的氨氮进行吹脱，这样可以有效的降低废水中氨氮浓度。吹脱出的氨氮在经过分离、蒸馏等步骤进行回收再利用。

2.2 物理化学法

物理化学法是在水处理过程中根据物理化学或化工分离原理进行废水处理的一种方法。物理化学法包含离子交换、吸附、分离、萃取、汽提等。该种水处理方法主要用于去除废水中含有的较为细小的悬浮物和溶解的有机物，其缺点在于某种水处理方法具有较强的选择性，只适用于或者针对某一类物质的分离能够达到较好的水处理效果，且水处理的费用较高，还容易造成二次污染加大了水处理的难度。

离子交换法是一种借助于化学键的亲和力不同从而实现离子交换剂和水中的离子进行交换反应从而达到净化废水的方法。吸附法是利用多孔介质吸附废水中的有机污染物，从而使废水得到净化，饱和的吸附介质需再生重复使用。采用活性炭吸附法处理煤化工废水，最佳活性炭投加量为60g/L，吸附饱和时间为2.9h。萃取法是利用萃取剂，通过向废水中添加难溶或不溶于水的有机溶剂，借助相似相容原理，萃取废水中的非极性有机物，从而达到净化废水的目的。采用超临界二氧化碳萃取技术脱除废水中有机物具有明显的优势，溶剂绿色，工艺简单且分离效率高。

2.3 PACT法

PACT法是在生化进水中投加粉末活性炭(PAC)，利用粉末活性炭吸附溶解氧和有机物，在曝气池中进行微生物分解的污水处理工艺。由于巨大的比表面积和很强的吸附能力，活性炭可以吸附废水中大量的污染物和有毒物质，将污染物的水力停留转化为固体停留以延长生化反应时间，同时避免有毒物质对微生物的毒害，保证了废水处理的稳定，工艺中的活性炭可循环利用。PACT法活性炭吸附处理COD的动态吸附容量为100%～350%，处理难生物降解污染物的效果比较好。将PACT法运用到生物短程脱氮工艺中，将系统总氮脱除效率由43.8%～49.6%提高到了68.8%～75.8%。采用PACT法处理煤制油低浓度含油废水，试验数据显示，PACT对COD、SS(固体悬浮物)、NH3-N、油的平均去除率分别为75%、62%、59%、78%，出水水质达到了污水综合排放的一级标准。

2.4 臭氧氧化技术

臭氧是一种强化剂，其氧化过程有两种途径，一种是直接通过分子臭氧氧化，另一种是间接的通过臭氧分解并生成羟基自由基来进行氧化。臭氧氧化技术可以降低煤化工废水中的COD，同时还能够降低水中的色度和浊度，同时在该过程中不产生二次污染。有研究表明，在内循环的反应器中，利用臭氧对煤化工废水进行深度处理，COD的去除率可到40%～50%，其中对酚类和杂环类有机物效果最好。随着对臭氧氧化技术的深入研究发现，臭氧在单独使用过程中，有机物和臭氧反应后通常会生成醛和羧酸，而这两种物质不能再和臭氧继续反应，进而限制了臭氧的矿化作用，降低了臭氧的处理效果。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与臭氧联用来进行废水的处理，结果表明臭氧的氧化能力比单独使用时提高了10倍以上，极大地改善了臭氧的氧化能力。

结束语

煤化工技术给煤炭资源的利用带来了新的发展方向，提高了煤炭的利用效率。但是煤化工企业产生的废水又给我们提出了一个新的难题，由于其水量大，污染物浓度高，而且成分复杂，毒性大，单一的处理技术根本不能满足要求。建议企业和研究机构在结合实际工程的前提下，加大对煤化工废水处理技术的研究，努力及早实现处理效率高、环境友好的废水处理技术，以带动煤化工行业向着更高的方向发展。

[1]任源，韦朝海，吴超飞，等.焦化废水水质组成及其环境学与生物学特性分析[J].环境科学学报，2007，27(7)：1094-1100.

[2] 吴高明.焦化废水(液)物化处理技术研究[D].武汉：华中科技大学，2006：56-58.