典型煤化工廢水及其水質的分析方法

王丹(甘肅能源化工職業學院，甘肅 蘭州 730207)

0 引言

近年來，我國經濟快速發展，但是石油資源日益匱乏，在此背景下我國煤化工行業逐步成為能源結構的重要組成部分，其發展前景非常廣闊。但是，煤化工行業在生產過程中對環境造成的影響也是非常嚴重的，尤其是大量廢水的排放，在其廢水中存在大量的污染物，難生化、難降解、毒性大是其主要特征，如果這一問題得不到實質性的解決，將會嚴重影響到煤化工行業的可持續發展。

1 煤化工行業介紹

煤化工的原料主要是煤，通過化學加工的方式將煤轉化為氣態、液態與固態的產品或者是半成品，然后再通過特定工藝加工成化工或能源產品。通常按照生產技術對煤化工進行分類，可以分為以焦炭、電石、合成氨生產為主的傳統煤化工和以清潔能源為主的新型煤化工[2]。新型煤化工生產技術的轉化率更高，可以大大提高煤炭資源的利用效率，而且也實現了污染物的集中治理，推進了環境友好的經濟發展之路。

2 煤化工廢水的分類及特點

煤化工企業在生產過程中不可避免的會產生大量的廢水，所含成分復雜，大量廢水的排放會對生態環境造成嚴重破壞，關于廢水的排放問題引起了社會各界的廣泛關注。煤化工企業的生產類型有多種，但生產方式、生產技術的不同所產生的廢水也是不一樣的，目前常見的煤化工廢水主要包括以下幾種：氣化廢水、液化廢水、堿性廢水、含鹽廢水、多源有機廢水。

2.1 氣化廢水

在煤化工生產技術中利用蒸汽、氫氣等反應催化劑，并在特定壓力與溫度的條件下，原煤、焦煤等煤炭會進行轉化，得到水煤氣。目前氣化技術在煤化工行業中的應用非常廣泛，并通過近些年的發展，氣化技術的生產效率得到了大幅度的提升，對環境造成的影響也在逐漸減少，但是所產生的污染物依然大量存在。在氣化廢水中產生的主要污染物包括硫化物、氨氮、氰化物等，在自然界中很難被降解。生產技術不同所產生的氣化廢水污染物成分與濃度也不相同，比如水煤漿氣化廢水中產生的污染物大大少于其他氣化工藝所產生的污染物。

2.2 液化廢水

將原煤、焦煤等煤炭轉化為石油產品的過程中也會產生大量的廢水，這種廢水一般稱為煤炭液化廢水，其產生的主要來源為加氫裂化、加氫精制以及液化等。由于生產工藝不同，煤的液化可細分為直接液化與間接液化兩種，直接液化是在加氫、催化的條件下煤直接轉變成液化，間接液化則是先氣化、然后在催化條件下將先前所得的合成氣轉化為烴、醇類液體物質。煤炭液化產生的廢水中所含的成分主要是苯酚與硫化物，不易被降解。

2.3 堿性廢水

在有些生產工藝中會加入大量的堿性物質，這些堿性物質會進入到廢水當中，因此這種廢水被稱之為堿性廢水。針對堿性廢水的處理，可以采用酸堿中和法、絮凝法和化學沉淀法等幾種。目前針對腐蝕性的煤化工廢水處理還可以使用專門的廢水焚燒裝置，這種裝置處理堿性廢水基本可以達到無害化，有效的提高資源的利用效率。

2.4 含鹽廢水

含鹽廢水主要來源于生活用水、循環水、煤氣洗滌水、生產過程中化學反應生成的水、水處理過程中添加藥劑后產生的含鹽水，含鹽廢水的主要特點就是含有較高濃度的鹽分、有機物質，含鹽廢水的成分不確定，含有多種鹽類物質。

2.5 有機廢水

在煤化工生產過程中有機廢水的產生有很多途徑，比如酚氨回收廢水、有機含氨污水等，低溫甲醇洗、焦油加氫、液化等環節都會產生有機廢水，還有生活污水、生產區域內地面的清洗等都是有機廢水產生的主要來源。有機廢水的大量排放會造成水質的富營養化，對生態環境的破壞是非常嚴重的。目前針對煤化工有機廢水的處理主要有以下幾種：一是采用改進的SBR工藝，該工藝的主要步驟分為進水、反應、沉淀、排水、靜置等，操作相對簡便，可以根據需要適當的調節反應周期，去除氨氮效果較為顯著。二是采用PACT/WAR工藝進行處理，該方法是將活性炭粉末加入到活性污泥曝氣池中，因為活性炭具有較強的吸附作用，可以有效的吸附有機廢水中含有的氧與有機物質，加快微生物分解有機物質的速度，從而對水質起到凈化的作用。三是采用多級生物處理的方法，該方法主要包括以下幾個部分：外循環厭氧處理工藝、生物增濃工藝、改良型A/O氧化工藝、活性硅藻土和碳粉吸附工藝、絮凝沉淀工藝以及濾池等。目前該工藝在煤化工行業中的應用非常廣泛，處理效果也較好。

3 典型煤化工廢水的水質分析

由于煤化工行業在生產中產生大量的廢水，不易降解，屬于典型的難處理廢水。因此本文選取幾種廢水樣品進行水質分析，為實現煤化工廢水的高效處理提供參考。

3.1 典型煤化工廢水采樣

本次水質分析共采集三種氣化廢水樣品：焦化廢水、水煤漿氣化廢水和碎煤加壓氣化廢水。

(1)焦化廢水：該廢水采集于剩余廢水，其產生途徑主要有以下幾個方面，一是是焦爐煤氣初冷；二是焦化工藝中的除塵用水、冷卻用水和含高濃度的氨、酚、氰、硫及油類物質的廢水；三是蒸汽冷凝系統產生的廢水。廢水樣品采樣完成后進行冷藏保存，盡快做好實驗準備工作，進行水質的分析。

(2)水煤漿氣化廢水：該樣品取自于灰水槽中的氣化灰水。灰水產生于水煤漿氣化制煤氣的工藝，在水煤漿氣化爐中經過沉降槽沉降后的灰渣會被壓成濾餅輸送出去，壓濾后的濾液會自流入研磨水槽參與磨煤生產，而沉降槽上部會有部分清液溢流到灰水槽內形成灰水，其中大部分作為除氧器與磨煤機的補給用水，還有一小部分會在冷卻后進入了污水處理系統。廢水樣品采樣完成后同樣需要進行冷藏保存，盡快做好實驗準備工作，進行水質的分析[3]。

(3)碎煤加壓氣化廢水：該樣品取自碎煤加壓氣化工藝中廢水處理池中。碎煤加壓氣化技術的適應性比較寬泛，特別是在以褐煤為主的劣質煤利用方面具有較大的優勢。但是碎煤加壓氣化技術也存在很大缺點，就是產生的廢水非常多，而且廢水里所含的雜質種類多樣，因此碎煤加壓氣化廢水的治理會消耗更高的成本費用。廢水樣品采樣完成后同樣需要進行冷藏保存，盡快做好實驗準備工作，進行水質的分析[4]。

3.2 水質分析實驗的準備

(1)所需的化學試劑。本次實驗中所需的化學試劑包括：

分析純：H2SO4的質量分數為98.3%的濃硫酸，KH2PO4，K2Cr2O7，Ag2SO4，NaOH，NH4Cl，NaCl，Na2SO4，KBr，尿素，CaCl2·2H2O，MgSO4·7H2O，C11H13N3O。

色譜純：CH2Cl2。

其他材料：用于比色法測定的福林試劑，富含有機氮化物的蛋白胨和牛肉膏，C6H4Cl2O(99%)。

(2)所需的化學儀器。本次實驗用于檢測的儀器主要有：南京菲勒儀器有限公司產D-8PCS型紫外可見分光光度計；昆山舒美產KQ300-DE型數控超聲清洗器；島津公司產TOC-VCPH型分析測定儀；上海慧泰產DHG-9070A型鼓風干燥箱；東南科儀產Milli-Q Advantage型超純水制備系統；梅特勒AE163型電子分析天平；梅特勒EL20K型酸度計；島津GCMS-QP2020型氣相質譜聯用儀；上海湘儀產TGL-20M型高速臺式冷凍離心機；珀金埃爾默Spectrum GX傅立葉變換紅外光譜儀；成都銳新S479型溶解氧測定儀；上海亞榮RE-52AA旋轉蒸發器；上海啟洵產HZQ-C水浴振蕩器。

3.3 對廢水進行水質分析

煤化工企業排放的廢水所含雜質較多，里面存在大量的酚類、氰類、氨氮等不易降解的有毒有害物質，屬于典型廢水，在做水質分析的時候應從以下四個方面分別進行。

(1)水污染常規指標測定。a)采用氨氣敏電極法測定廢水中氨氮的含量，該方法操作非常簡便，不需要提前對試樣做專門的處理，可以直接進行檢測，節省大量的時間，目前被廣泛用于實驗室氨氮含量測定，特別是針對高濃度廢水的檢測更具優勢；b)采用TOC分析儀直接測定廢水中TOC的含量；c)采用重鉻酸鉀消解法測定廢水中COD含量，準確度比較高；d)采用福林法測定廢水中總酚含量。

(2)溶解性有機物測定。使用光譜儀測定溶解性有機物DOM。

(3)有機物全分析。分別采用GC-MS測試法分析廢水中的水相有機物和污泥相有機物。

(4)多環芳烴測定分析。采用GC-MS測試法測定水相有機物與污泥相有機物中多環芳烴。

3.4 對廢水進行毒性分析

(1)活性污泥法測定毒性

以C6H4Cl2O作為呼吸抑制劑，先制備C6H4Cl2O(99%)母液，將活性污泥試樣置于其中30min后，計算EC50(半最大效應濃度)，然后對比是否在污泥敏感性要求的范圍之內(2mg/L～25mg/L)。

(2)發光細菌法測定毒性

試樣靜默后取其上清液，制備發光菌菌液，使用硝酸鈉溶液作為復蘇液，毒性單位的計算方法在本次試驗中采用TU計算法：其計算公式為TU=1/EC50。按照文獻[5]中所述方法計算發光菌。

4 結語

在世界石油資源日益匱乏的背景下，以煤炭資源為主要原料的煤化工行業得到快速發展，但是因此而產生的大量煤化工廢水嚴重影響到生態環境，已經受到社會的廣泛關注。目前針對煤化工廢水所采取的廢水處理方法已經出現了很多，但是煤化工廢水其中含有較多的難降解物質，對環境的破壞非常大，屬于典型廢水，因此在煤化工廢水處理方法仍需加快研發的腳步，探索更加科學、便捷的水質分析方法，為做好典型煤化工廢水處理打好基礎，實現煤化工行業的可持續發展。