煤氣化廢水處理工藝流程研究

段錦章

（上實(shí)環(huán)境控股（武漢）有限公司，武漢 430074）

煤炭是現(xiàn)代社會(huì)應(yīng)用總量較大的資源，其屬于石化能源，在國(guó)內(nèi)能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)中占據(jù)較高的地位。從近幾年能源消耗調(diào)查結(jié)果來(lái)看，煤炭能源的消耗占據(jù)消耗總量的2/3左右。煤化工屬于發(fā)展前景較大的產(chǎn)業(yè)，尤其是新型煤化工產(chǎn)業(yè)屬于未來(lái)值得發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè)之一。煤氣化被稱為新型煤化工產(chǎn)業(yè)的龍頭技術(shù)，近幾年應(yīng)用煤氣化合成化工產(chǎn)品的新型煤化工項(xiàng)目數(shù)量不斷增加。國(guó)內(nèi)煤氣化工項(xiàng)目多分布在山西、內(nèi)蒙古和河南等煤炭產(chǎn)地，以水資源匱乏地區(qū)為主。這些地區(qū)的常年降水量較小，導(dǎo)致其存在地表水環(huán)境容量有限問(wèn)題，部分地區(qū)甚至不存在納污水體。煤化工項(xiàng)目對(duì)于水資源需求量較大，會(huì)產(chǎn)生大量廢水，而這些廢水含有一定的焦油與氨氮等，對(duì)人體具有較大危害，為此，必須要對(duì)這些廢水給予有效處理。

1 煤氣化廢水的來(lái)源、特征及危害性

1.1 煤氣化廢水來(lái)源

煤氣化過(guò)程將煤或是煤焦作為基礎(chǔ)原料，將氧氣、空氣、氫氣等作為汽化劑，在高溫或是高溫加壓條件下促使煤或是煤焦中的可燃部分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，促使其轉(zhuǎn)化為氣體燃料[1]。現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)所開(kāi)發(fā)與從國(guó)外引進(jìn)的煤氣化技術(shù)種類眾多，可概括為固定床氣化技術(shù)、流化床氣體化技術(shù)、氣流床氣化技術(shù)三種。固定床中魯奇加壓氣化技術(shù)的應(yīng)用較為常見(jiàn)，其優(yōu)勢(shì)在于氣化效率較高、碳轉(zhuǎn)化與氣化熱效率較高、氧耗較小等。在氣化煤氣冷卻期間，需要應(yīng)用循環(huán)冷卻水噴灑冷卻煤氣化爐出口的煤氣，將煤氣中的焦油、氨、硫化氫等洗滌到水中，而煤氣中的水蒸氣也會(huì)隨之冷卻到水中，產(chǎn)生高污染廢水。

1.2 煤氣化廢水特征

首先，煤氣化廢水污染物濃度較高，酚類、油以及氨氮的濃度較高，生化有毒與抑制性物質(zhì)較多，在生化處理期間，有機(jī)污染物較難完全降解。從這一點(diǎn)來(lái)看，煤氣化廢水屬于具有代表性的高濃度、高污染、難于降解的工業(yè)有機(jī)廢水[2]。其次，基于各單位應(yīng)用原煤成分與氣化工藝的不同，廢水成分出現(xiàn)較大的差異。德士古氣化工藝應(yīng)用中所產(chǎn)生的廢水量較少，其污染程度也較低，但煤種的適應(yīng)性較弱。魯奇氣化工藝、傳統(tǒng)常壓固定床間歇式氣化工藝等所產(chǎn)生的廢水污染程度較大，尤其是這類工藝應(yīng)用期間所產(chǎn)生的含酚廢水較難處理，運(yùn)行成本較高。

1.3 煤氣化廢水危害性

廢水中的氰化物毒性較高，若人或是家畜攝入一定量的氰化物，短時(shí)間會(huì)出現(xiàn)中毒死亡。氰化物在進(jìn)入水體后，達(dá)到0.05 mg/L的濃度會(huì)導(dǎo)致水中部分生物在短時(shí)間內(nèi)死亡。若氰化物進(jìn)入土壤，將會(huì)導(dǎo)致農(nóng)作物出現(xiàn)中毒情況而減產(chǎn)[3]。為此，必須要強(qiáng)化對(duì)廢水中氰化物的處理，嚴(yán)格控制氰化物的排放濃度。氨氮對(duì)于水環(huán)境具有較大影響，水中的非離子型氨可穿透細(xì)胞膜進(jìn)入水生物體內(nèi)，干擾生物體的正常代謝活動(dòng)，從而引發(fā)水中生物中毒死亡。氨氮可促使水體富營(yíng)養(yǎng)化，致使水中的藻類與水生植物加速繁殖，影響水體透明度，甚至導(dǎo)致大量海藻漂浮在水面，影響水中生物的存活質(zhì)量。

2 煤氣化廢水處理工藝

2.1 物理處理辦法

物理法也就是通過(guò)物理作用分離廢水中的懸浮物或是濁物，達(dá)到清除煤化工廢水中油類與乳化物等物質(zhì)的效果[4]。比較常見(jiàn)的包括澄清、過(guò)濾、隔油與氣浮等辦法。例如，應(yīng)用隔油沉淀清除多數(shù)油類物質(zhì)，這些物質(zhì)一般會(huì)附著于菌膠團(tuán)的表層，對(duì)后期廢水處理效果造成影響。氣浮法多應(yīng)用在處理相對(duì)密度小于1或是近似于1的懸浮物以及脂肪等較難實(shí)現(xiàn)自然沉降或是上浮的物質(zhì)。物理處理辦法多應(yīng)用在廢水前期預(yù)處理，維持后期處理設(shè)施的健康運(yùn)行，此項(xiàng)處理技術(shù)應(yīng)用過(guò)程較為簡(jiǎn)單，目前也比較成熟。

2.2 化學(xué)處理辦法

化學(xué)處理辦法也就是應(yīng)用相關(guān)化學(xué)反應(yīng)，處理廢水中的溶解物質(zhì)或是膠體物質(zhì)，比較常見(jiàn)的是氧化還原處理，同時(shí)其也被應(yīng)用在藥劑氧化處理中。其應(yīng)用的氧化與還原劑包括臭氧、硫酸亞鐵等，具有較強(qiáng)的氧化與還原功能，能夠有效地清理水體中較難降解的有機(jī)污染物，從而達(dá)到改善水質(zhì)的效果。臭氧能夠高效地氧化水體中較難降解的有機(jī)污染物，在廢水處理中進(jìn)行脫色，去除異味，能夠獲取到較為理想的效果。在單純臭氧應(yīng)用過(guò)程中，所需用量較大，投入成本較高，有關(guān)研究顯示，煤氣廢水生物處理出水經(jīng)由臭氧氧化后，會(huì)產(chǎn)生小分子物質(zhì)，有助于后期各項(xiàng)生物處理工藝的實(shí)施。將臭氧與生物處理技術(shù)進(jìn)行聯(lián)合應(yīng)用，能夠提升廢水的深度處理效果，同時(shí)能夠有效地降低廢水處理成本。

2.3 物理化學(xué)綜合處理辦法

物理化學(xué)綜合處理辦法是指通過(guò)物理化學(xué)作用清除廢水中的溶解物質(zhì)或是膠體物質(zhì)。比較常見(jiàn)的包括混凝、吸附、萃取等辦法。

2.3.1 混凝法

混凝法應(yīng)用混凝劑在水溶液中實(shí)現(xiàn)水解，產(chǎn)生帶點(diǎn)或是具有空間結(jié)構(gòu)的水解產(chǎn)物，這些產(chǎn)物經(jīng)由吸附架橋、電中和等作用可以清除廢水中難以降解的大分子污染物。常用的混凝劑包括鐵鹽、鋁鹽、聚丙烯酰胺等物質(zhì)。有學(xué)者應(yīng)用混凝-固定化生物活性碳工藝對(duì)氣化廠廢水進(jìn)行深度處理，進(jìn)水從COD（化學(xué)需氧量）＜800 mg/L降到了COD＜100 mg/L，去除率達(dá)到80%。

2.3.2 吸附法

吸附法是指應(yīng)用多孔性吸附劑吸附廢水中的溶質(zhì)，從而有效降低COD與色度，去除常規(guī)有機(jī)雜質(zhì)與重金屬等。吸附劑與吸附質(zhì)之間作用力包括分子間作用力與靜電引力等，比較常用的物質(zhì)包括粉煤灰、活性炭等。

2.3.3 其他辦法

除了以上兩種處理辦法之外，物理化學(xué)綜合處理辦法還包括萃取與蒸發(fā)等，萃取能夠清除廢水中的酚類物質(zhì)，其一般方法是經(jīng)由溶解進(jìn)行分離。

2.4 生物處理辦法

生物處理辦法指的是通過(guò)微生物代謝的作用，促使廢水中的有機(jī)污染物與無(wú)機(jī)微生物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為相對(duì)穩(wěn)定且無(wú)害的物質(zhì)。

2.4.1 好氧生物處理辦法

該辦法是將生物絮凝體與廢水中的有機(jī)物進(jìn)行充分接觸，吸附與降解廢水中的有機(jī)物。它對(duì)COD具有較好的清除作用，但是水體中的COD等物質(zhì)較難符合排放標(biāo)準(zhǔn)。

2.4.2 厭氧生物處理辦法

煤化工廢水中存在較多難以降解的有機(jī)物，在厭氧的條件下，其能夠被厭氧微生物分解成為易于降解的有機(jī)物。有學(xué)者應(yīng)用外循環(huán)厭氧工藝對(duì)煤氣廢水進(jìn)行處理，進(jìn)水COD與總酚分別為1 100 mg/L與210 mg/L，在此條件下所獲取的去除率為18.5%與20.2%。

2.4.3 厭氧-好氧聯(lián)合處理辦法

煤化工廢水成分較為復(fù)雜，污染物的生物可降解性較差。如果只應(yīng)用好氧與厭氧工藝處理難以降解的有機(jī)物，較難保障其符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；如果將厭氧與好氧進(jìn)行聯(lián)合應(yīng)用，就能夠達(dá)到良好的處理效果。

3 廢水回用

依據(jù)循環(huán)水系統(tǒng)結(jié)垢、腐蝕和微生物滋生控制要求，筆者認(rèn)為，廢水回用工藝可以應(yīng)用以下策略：一是在計(jì)算水平衡與鹽平衡的基礎(chǔ)上，經(jīng)由納濾處理后，利用超濾產(chǎn)水為循環(huán)水補(bǔ)水，截流進(jìn)入循環(huán)水系統(tǒng)的有機(jī)物與結(jié)垢因子，控制循環(huán)水系統(tǒng)壓力。同時(shí)，分析循環(huán)排污水的水質(zhì)，應(yīng)用混凝等預(yù)處理工藝來(lái)清除水體中的懸浮物與部分有機(jī)物。利用超濾與反滲透系統(tǒng)實(shí)施濃縮具有可行性。二是合理控制循環(huán)系統(tǒng)濃縮的倍數(shù)，構(gòu)建檢測(cè)機(jī)制，關(guān)注換熱器可能出現(xiàn)的泄露問(wèn)題，尤其是酸性氣體的泄露問(wèn)題。另外，蒸發(fā)狀態(tài)可能出現(xiàn)腐蝕、鹽結(jié)垢、有機(jī)物結(jié)垢等情況，在裝置運(yùn)行時(shí)，單位蒸汽消耗比會(huì)有所增加。對(duì)此，人們可以采用增加晶種、增加阻垢劑、控制固液比、對(duì)蒸發(fā)器進(jìn)行周期性清洗等辦法，并清除廢水中的有機(jī)物與結(jié)垢因子。

4 結(jié)論

煤炭屬于現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展階段中應(yīng)用總量較大的資源，人們需要對(duì)煤化工企業(yè)的煤氣化廢水進(jìn)行更為深度的處理，確保廢水所含的各種物質(zhì)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。本文提出了幾種煤氣化廢水處理的常用工藝，如物理處理工藝、化學(xué)處理工藝和生物處理工藝等。人們要結(jié)合廢水中的有害物質(zhì)性質(zhì)等來(lái)選擇處理工藝，也可以聯(lián)合應(yīng)用多種處理工藝，以便達(dá)到全面處理的效果。