煤气化工艺中高氨氮废水的处理方案

袁冰(内蒙古大唐国际克什克腾旗煤制天然气有限公司，内蒙古 赤峰 025350)

0 引言

在现代化社会的不断发展下，高氨氮废水的处理问题受到了社会各界的广泛关注，高氨氮废水处理的优良性将会直接影响煤气化工艺的发展。与此同时，煤气化工艺正面临着严峻的机遇与挑战，对该领域提出了更高层次的要求和标准。在煤气化生产过程中，会产生大量的废水，例如高氨氮废水的成分相对复杂，废水浓度较高，传统的废水处理技术很难将其完全的降解和生化。基于此，需要进一步对高氨氮废水处理技术进行优化和改善，从高氨氮元素的本质和特性出发，对具体情况展开更深层次的研究，科学选择合理的脱氮技术，优化高氨氮废水处理的方案，最大程度地保障处理效果。

1 煤气化综合废水来源

煤气化综合废水的成分具有一定的复杂性，主要包括生产废水、生活废水、清净下水和雨水四大类。其中，生产废水占据主导地位。从污染物性质来分析，可以分为有机废水和含盐废水两部分。

煤气化领域是一项系统性的工程，其能源消耗量大，涉及领域十分的广泛。煤气化废水水量大，水质相对复杂，一方面表现在杂质种类多，另一方面表现在杂质与杂质之间存在很大的差异性，其中主要分为酚和氨两种，占据主导地位。并且，其含有大量的有毒污染物，毒性大，产生的废水具有强烈的致癌性。且从成分上来看也十分复杂，危害性大。若不予以充分重视，将其科学有效的净化和分解，一旦处理不当，便会对环境、人类造成极大的威胁[1]。

2 常见的高氨氮废水处理工艺的弱点

高氨氮废水的形成主要是由于氨水和无机氨共同存在下所引发的，如果pH检测为酸性，废水中的氨氮主要由于无机氨所导致。废水中氨氮的构成主要有两种：一种是氨水形成的氨氮；一种是无机氨形成的氨氮，主要是硫酸铵、氯化铵等。

首先，在面临高氨氮废水处理过程中，其受经济条件的局限性较大，无论是高氨氮废水处理技术还是设备，亦或是后期的技术研发和改进等方面的所需资金上，都需要不断更新和完善。与此同时，无论是蒸氨(汽提)或吹脱A/O或吹脱化学沉淀，都需要经济作为支撑，存在成本投入高、运行成本高、后期维护成本高的问题。总而言之，就是“蒸氨”一次性投资太大，“吹脱”动力消耗太大。

其次，在应用续接A/O法进行高氨氮废水处理的过程中，一方面受到经济条件的影响，另一方面表现在该方法所用的占地面积相对较大，在空间和场地上具有很大的束缚，对预处理出水的要求苛刻(如NH3-N必须小于300 mg/L，汽提或吹脱法对超过5 000 mg/L以上的高浓度氨氮废水根本达不到这个要求，于是只能用成倍的清水稀释)。

煤气化工艺的高氨氮废水处理技术工艺存在诸多问题，由于煤气化工艺具有一定的复杂性的难度性，在面临废水处理问题的过程中也缺乏合理的分析和精准的把握。与此同时，在应用废水处理技术工艺的过程中存在一定的盲目性，没有根据具体情况展开具体的分析和讨论。在面对不同程度的废水处理问题上，对工作方法的科学性和高效性没有予以充分重视，例如缺乏与水质特点的有机结合和缺乏废水处理技术流程的规划和设计等。比如续接化学沉淀法，虽然投资和占地面积都比A/O法小(A/O装置进出水主要装置进出水主要污染物指标，如表1所示)，药剂的消耗量太大，N、P和Mg之比都在1.0∶1.1～1.2，处理药剂成本太高，而且出水也不可能达到国家一级或二级排放标准[2]。

表1 装置进出水主要装置进出水主要污染物指标

在现代化发展的社会背景下，传统的生产技术、生产设备很难切实地满足社会发展的需要，无论是在大规模生产还是长时间作业上，都存在一定的弊端。随着我国社会需求的不断扩大，生产规模、方式、理念、技术、设备的优良性显得越来越重要。但是，就目前的情况而言，部分企业都难以完成上述五个方面的要求，机械设备较为老旧、生产效率和生产质量低下。在此基础上，一些企业由于自身资金紧张，对新设备的引进、新技术的开发与应用得不到实质性的保障，且设备管理及后期维修等问题也会加剧成本问题，导致企业自身难以承担。

3 煤气化工艺中高氨氮废水的处理方案

3.1 物化法

3.1.1 吹脱法

常用的吹脱法主要分为空气和蒸汽两种方式。吹脱法的应用主要是通过氨氮的浓度来达到废水的有效处理，在碱性环境下，气相浓度和液相浓度之间的气液属于平衡关系，进而可以利用二者之间的这种平衡关系进行分离。由于吹脱与湿度、pH、气液息息相关，高氨氮废水在碱性条件下，其基本原理是铵根离子转化为氨分子，在脱氨塔中通入气体，使其与液体进行充分的接触，废水中溶解的气体和挥发性氨分子穿过汽液界面，转移到气相，从而达到去除氨氮的目的。

3.1.2 沸石脱氨法

所谓沸石脱氨阀，其原理主要是利用沸石中的阳离子，使得阳离子与废水中的NH4+进行交换，从而达到脱氮的目的。但是，在应用该方法的过程中，必须根据具体问题具体分析，综合分析和考虑实际问题，特别需要注意的是沸石的再生问题，沸石资源是有限的。除此之外，沸石脱氨法从大体上可以分为再生液法和焚烧法两大类。其中，在应用焚烧法的过程中，必须充分考虑其对环境造成的影响，进一步发现问题、分析问题和解决问题，最大程度地降低或者避免焚烧法的弊端和安全隐患问题，优化焚烧流程，提高焚烧的质量和效率。

3.1.3 膜分离技术

在我国科技力量的支持下，我国煤气化技术正朝着成熟化、智能化、自动化、高效化、安全化的方向发展，其应用范围和应用效果显著提升，在选择性上也更加具备多样性的特点。在此过程中，膜处理技术也是一种新的导向，适用于废水杂质量不高和蒸发冷凝水等的脱氨，对进一步加强高氨氮废水处理处理效果有十分重要的意义。较其他技术相比，该技术所消耗的能量相对较低，是当前煤气化工艺处理氨氮废水过程中最常用的一种手段。选择膜分离技术，可以充分利用膜的选择透过性实现氨氮的去除。该技术具有操作简单、方便快捷的优势和特点，且利用该技术的同时不会引发二次污染问题，取得的实际效果较为理想，氨氮回收率高。氨氮在水中存在着离解平衡，随着pH升高，氨在水中NH3形态比例升高，在一定温度和压力下， NH3的气态和液态两项达到平衡。通过应用该技术，膜的一侧是废水，另一侧是碱性溶液，进而通过调节pH值，改变氨气的比重，从而使得氨气能够透过膜转移到酸性吸收液的一侧，与酸发生反应生成铵盐，之后废水再进入蒸发系统。除此之外，从膜分离技术处理氨氮废水的原理，氨氮的处理过程其中在膜管中，因此进一步加强废水中的悬浮物数量就显得极为重要，从而提高处理的质量和效率，最大化地减少或者避免堵塞问题[3]。

3.1.4 MAP沉淀法

3.2 粉末活性炭法(PACT工艺)

粉末活性碳法的基本原理是通过向曝气池中投加粉末活性炭，充分利用和开发了粉末活性炭的特点，从而使得高氨氮废水处理问题得到了有效解决。粉末活性炭的优势在于其微孔结构的特殊性，该方法以其超强的吸附力从而能够更好地达到高氨氮废水处理的标准。且在此过程中不会产生污染问题，大大提高了降解的质量和效率。在现阶段的社会发展驱使下，我国经济的不断发展，科技力量的不断提高，国内国外的交流与沟通力度不断加大，共同研发了更加高效的煤气化工艺处理氨氮废水技术，全新的脱氮工艺是现代化社会发展下的必然趋势和必然结果，也是该领域的一种新的发展方向，有效解决了高浓度氨氮废水的脱氮处理问题的途径。

3.3 短程硝化反硝化

生物硝化反硝化也是煤气化工艺处理氨氮废水的一个重要方式，该方式最为显著的特点是经济性，所需消耗的人力、物力、财力较少，成本较低，因此，适用于一些大规模的氨氮废水处理工作。短程硝化反硝化的基本原理是通过进一步分析氮气的相关特性问题，从而使得氨氮气废水处理和生态环境氮气进行有机结合，利用硝化菌和反硝化菌的联合作用使得氨氮科学的转化为氮气，以达到脱氮目的。由于氨氮氧化过程需要大量的氧气作为支撑，这也是短程硝化反硝化成本的集中提现。但是，后期短程硝化反硝化有效避免了这一问题，降低了成本，提高了经济效益。这主要是将氨氮氧化控制在亚硝化阶段，然后进行反硝化，省去了传统生物脱氮中由亚硝酸盐氧化成硝酸盐，再还原成亚硝酸盐两个环节，一方面有效缩短反应时间，另一方面实现了环节的简化的同时，提高了实际处理的效益[5]。

3.4 超声吹脱处理氨氮

从超声吹脱法较传统的吹脱法来看(表2)，是一种突破与创新，是现代化科技力量推动下的一种新型的处理氨氮废水技术。该技术打破了传统的氨氮废水处理模式，同时也避免了传统模式下处理的不足和问题，通常适用于一些高浓度的氨氮废水处理。该方式具有高效性、安全性、智能型，通过有效地应用超声波辐射废水处理技术，进一步加强对超声波辐射技术与吹拖处理技术的研究，提高了二者之间的兼容性和协同性，从而使得二者能够进行深度结合，发挥出最大的性能和价值。这种方式可以说是超声波辐射技术与吹拖处理技术的升级与结合，大大降低了单一处理氨氮废水的局限性，在成本上也占据一定的优势，从而能够更好地对废水中的杂质和有机物进行降解，提高了处理氨氮废水的质量和效率。

表2 吹脱处理结果分析

3.5 化学法

所谓化学式，顾名思义就是通过全过程的使用化学方式，综合化学氨氮去除的相关化学试剂，从而科学有效的将氨氮气转变为氮气。与此同时，该过程具有直接性，一方面对设备和技术的要求和标准不高，降低了人力、物力、财力的支出，且具备较高的灵活性；另一方面，化学法的环保性能高，反应速度快，消耗时间一般控制在5～6 min左右。其中，希洁氨氮去除剂是最常用的一种氨氮化学试剂，在应用的过程中必须根据实际情况和实际需求对投加量进行科学、合理的把控，避免投入过多的浪费问题，以及投入过少的反应不充分、去除不彻底问题。据可靠资料表示，该方式的反应速率高达96%[6]。

3.5.1 化学沉淀法

化学沉淀法是通过在氨氮废水中投加镁化合物或磷酸氢盐，生成磷酸铵镁沉淀，从而去除水中的氨氮。其主要是利用以下化学反应：Mg2++2NH3·H2O=Mg(OH)2↓+2NH4+，此法工艺操作相对简单，反应稳定，适用于高浓度氨氮废水的前处理。

3.5.2 化学氧化法

化学氧化法是通过强氧化剂将氨氮直接氧化成氮气的一种方式，是进行脱除的一种方法，可以达到有效去除杂质的效果。其中，折点加氯最为实用，受到了社会各界的广泛关注。折点加氯的基本原理是将其通入废水中，使得氨气和氯气进行充分反应，从而达到某一个极限点变为氨气脱氨，实现氮气的转换，起到良好的杀菌作用。企业应将自身的发展与实际情况结合，不能一味地追求经济效益而忽视了社会效益以及对环境造成的不利影响。

3.6 高级氧化法

高级氧化法是煤气化工艺高氨氮废水处理过程中的一项重要方案，也是最为常见的一项技术，效果十分显著，但是，其在煤气化工艺流程的应用中并不常见。高级氧化法具有耗时短、效果好、应用范围广、便于操控，方便快捷的优势和特点，其受到客观因素的局限性也较少，对时间和地点没有过多的要求，在有效去除杂质的过程中也不会造成新杂质的产生。但是，也正是由于该方式的优势，在一定程度上存在一定的经济问题，其成本支出相对较高，故而适合一些严重的高氨氮废水处理项目。该技术目前的问题就在于成本控制上，具有广阔的市场空间和提升空间。国家及相关领域应加大研发力度，降低成本，不断升级和改进，从而使得高级氧化法的应用得到有效开发，确切地落实到煤气化工艺高氨氮废水处理过程中，发挥最大的价值。

3.7 吸附法

吸附法具有良好的吸附性能，且其化学性质具有稳定性，是利用吸附剂使一种物质从液相或气相转移到固体表面的一种传质现象。其基本原理是通过具有孔径小、空隙多、比表面大等特点的吸附材料，从而实现煤气化工艺处理氨氮废水的目的。在煤气化工艺处理氨氮废水的过程中，常用吸附剂有活性炭、粉煤灰、膨润土等。其中，活性炭最为常用，取得的效果也最为理想；而粉煤最不常用，虽然成本低，但是在应用的过程中机器容易造成二次污染问题，具有较大的局限性。

4 结语

综上所述，现阶段我国在煤气化工艺中氨氮废水处理问题上面临一些局限性，导致氨氮废水处理效果不够理想，不能切实满足社会发展的需要。基于此，本文从煤气化综合废水来源的角度作为出发点，简要分析和阐述了常见的高氨氮废水处理工艺的弱点，重点对煤气化工艺中高氨氮废水的处理方案进行了重点探究，旨在进一步发现问题、分析问题和解决问题，促进煤气化工艺更加长远、持久、高效的发展。