煤化工废水中氨氮去除方法的研究及工程应用

2021-11-27张越台

魅力中国 2021年23期

张越台

（阳煤平原化工有限公司，山东德州 253100）

本文详细介绍了煤化工废水的处理，提出了煤化工废水氨氮去除的研究意义、来源和特点，以有效地减少环境污染。

一、煤化工废水处理的研究意义

我国是一个煤炭大国，已探明的煤炭储量约占世界总量的15%，但我国也是一个石油贫困国家，石油储量不到世界石油储量的3%。经济发展对能源的需求日益增加，我国油气资源短缺的矛盾更加突出。近年来，我国加大了可再生资源、油页岩、页岩气等清洁能源的开发力度，但由于受技术水平的限制，仍不能满足社会和化工行业的需求。为了保障我国的能源安全，发展我国的煤炭工业至关重要。为促进资源的高效清洁利用，我国出台了一系列政策，发展洁净煤技术，鼓励对煤炭加工改造项目进行投资。清洁能源的发展目标煤化工的来源已成为煤炭工业发展的新趋势[1]。

煤化工是将煤转化为多种化学品和多种燃料工业的过程，煤化工的主要产品是焦炭、合成氨、电石、煤油、煤烯烃、煤醇醚等，煤化工在提高煤炭利用率的同时，实现了经济效益的最大化，减少了对环境的污染。但是煤化工会消失，它会消耗大量的水资源。煤化工废水属于高污染废水，其成分复杂多变，不同工艺产生的煤化工废水也存在较大差异，煤化工废水中常含有大量的氨氮、氰化物、苯酚等有毒有害物质。由于煤化工废水的组成复杂，难以降解，因此针对煤化工废水的处理问题进行了研究。

对于减少煤化工废水对环境的污染，提高煤化工废水利用率具有重要意义。目前，煤化工废水的处理方法主要有脱酚氨法、物理化学预处理法、生物处理法和混凝沉淀后排放法。除酚氨蒸馏法可以回收煤化工废水中的酚类和氨类物质，降低了成本，提高了经济效益，同时也降低了水的毒性；物理化学预处理法可以去除石油类物质和悬浮固体；生物处理法可以降解和脱氮[2]。

二、煤化工废水的来源及特点

当煤直接燃烧时，只有不到30% 的能量可以被使用，而且大部分能量被浪费了。为了减少对石油资源的依赖，提高煤炭资源的利用率，煤炭资源的利用率越来越受到人们的重视，人们开始开发研究煤炭资源的转化过程。煤化工废水主要产生于煤炭加工利用废水过程中，主要包括工艺废水、锅炉废水和循环冷却水。由于生产煤化工废水的工艺目标和处理技术不同，含有大量有机盐离子和有机物的煤化工废水的处理十分困难。介绍了煤化工的三种主要工艺及其废水的来源和特点[3]。

首先是焦化废水，煤制焦是指将煤转化为焦炭的过程，通常煤在离开空气的情况下，在1000℃的高温下加热，经过一系列物理和化学变化形成焦炭的过程，生成的焦炭还可以产生含有数百种有机化学原料的焦油。实践表明，焦化工业废水主要来源于蒸汽冷凝、一次煤气冷却和生产用水，在煤气冷却和干馏过程中，水体中会有大量残留物，是焦化废水的主要来源，占焦化废水总量的一半以上，水质与焦化工艺及原煤种类和质量密切相关。炼焦废水中除了含有大量的氨氮、CODcr物质，还含有大量的硫氰化物、氰化物颗粒物、酚类等污染物。

第二，是煤气化废水。煤气化是指将煤炭原来的高分子固态物质在特定的条件下，经过一系列的物理变化、化学变化转变为小分子气态物质的过程，在煤气化过程中主要应用“鲁奇”、“德士古”、“壳牌”等三种工艺。煤气化废水的主要来源有煤气洗涤废水、煤气冷却废水和煤气分馏废水，其中煤气洗涤废水是最主要的。煤气化废水是一种浓度高难于降解地有机废水，含有大量的氨氮、氰化物、SS、挥发酚和多种环状有机物[4]。

三是煤制油废水。煤转油是指在生产空煤油和汽柴油的过程中使用煤作为原料。直接液化工艺主要用于煤转油化工和间接液化工艺，直接液化工艺是指煤浆加氢裂化为液态烃的高温高压工艺。间接液化是将煤炭转化为液态烃的过程，也是气化产品转化为液态油的过程。煤制油工艺需要消耗大量的水和煤制油废水的特点是成分复杂、色度大、乳化程度高、难降解，含有大量的无机物和有毒有机物，含有氨氮、氰化物等有毒有机物的无机物以含氮、硫杂环和苯系物为主。

三、煤化工废水中氨氮去除方法的研究

通过对煤化工废水来源及特点的认识，可以了解到煤化工废水中含有大量的氨氮物质，为了更好地去除煤化工废水中的氨氮物质，减少对环境的污染，煤化工废水处理通常采用分离技术、高级氧化技术、生物技术，以下详细介绍了煤化工废水中氨氮的去除方法。去除煤化工废水中氨氮物质通常采用生物法进行处理。生物法应用于煤化工废水处理具有很多优点，它可以降低煤化工废水中有机物的浓度，可以有效地去除氨氮、CODcr、BOD，是煤化工废水达到排放标准，是煤化工废水处理的核心工艺。原生物处理包括活性污泥法、生物脱氮法、生物强化技术等，相比之下活性污泥法可以去除煤化工废水中的氨氮，效果更好，因为煤化工废水中氨氮、氰化物浓度较高，会使微生物不能在这种环境中生存，为了改变这种状况，可以通过氧化预处理、生物驯化措施、改进曝气等方法来减少煤化工废水的毒性，提高溶解氧浓度和耐受性等，其他脱氮方法可以达到排放标准[5]。

针对煤化工废水的特点，采用生物脱氨工艺处理煤化工废水是十分必要的。生物除氨技术的核心是控制不同阶段池中溶解氧的数量，以控制硝化和脱氮。化学过程受到控制，有机物也可以被处理。目前广泛采用的除了同步硝化反硝化技术和短程硝化反硝化技术外，还有厌氧－好氧联合反硝化工艺[6]。

生物强化技术是指在煤化工行业中使用经过特殊处理的微生物废水处理技术，经过特殊处理的微生物可以改善处理强度大，处理煤化工废水的效果将大大提高。加入煤化工废水中采用生物制剂或特殊细菌，改善煤化工废水中氨氮和挥发性酚的处理以及氰化物处理能力。

此外，采用氧化还原法处理煤化工废水也广泛应用于煤化工废水的处理，该方法可以改变煤化工废水中污染物的结构，从而达到抑制生物生长或降低污染物毒性的目的，可以从根本上解决煤化工废水的毒性和色度问题。难降解的煤化工废水通常采用氧化法处理，有毒煤化工废水可生化性较好，与生物法相结合可达到较好的处理效果，饮用水中含有微量有害物质[7]。