典型煤化工廢水及其水質(zhì)的分析方法

王丹(甘肅能源化工職業(yè)學(xué)院，甘肅 蘭州 730207)

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，但是石油資源日益匱乏，在此背景下我國(guó)煤化工行業(yè)逐步成為能源結(jié)構(gòu)的重要組成部分，其發(fā)展前景非常廣闊。但是，煤化工行業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)環(huán)境造成的影響也是非常嚴(yán)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(wèn)題得不到實(shí)質(zhì)性的解決，將會(huì)嚴(yán)重影響到煤化工行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 煤化工行業(yè)介紹

煤化工的原料主要是煤，通過(guò)化學(xué)加工的方式將煤轉(zhuǎn)化為氣態(tài)、液態(tài)與固態(tài)的產(chǎn)品或者是半成品，然后再通過(guò)特定工藝加工成化工或能源產(chǎn)品。通常按照生產(chǎn)技術(shù)對(duì)煤化工進(jìn)行分類，可以分為以焦炭、電石、合成氨生產(chǎn)為主的傳統(tǒng)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(chǎn)技術(shù)的轉(zhuǎn)化率更高，可以大大提高煤炭資源的利用效率，而且也實(shí)現(xiàn)了污染物的集中治理，推進(jìn)了環(huán)境友好的經(jīng)濟(jì)發(fā)展之路。

2 煤化工廢水的分類及特點(diǎn)

煤化工企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中不可避免的會(huì)產(chǎn)生大量的廢水，所含成分復(fù)雜，大量廢水的排放會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞，關(guān)于廢水的排放問(wèn)題引起了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。煤化工企業(yè)的生產(chǎn)類型有多種，但生產(chǎn)方式、生產(chǎn)技術(shù)的不同所產(chǎn)生的廢水也是不一樣的，目前常見(jiàn)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(jī)廢水。

2.1 氣化廢水

在煤化工生產(chǎn)技術(shù)中利用蒸汽、氫氣等反應(yīng)催化劑，并在特定壓力與溫度的條件下，原煤、焦煤等煤炭會(huì)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，得到水煤氣。目前氣化技術(shù)在煤化工行業(yè)中的應(yīng)用非常廣泛，并通過(guò)近些年的發(fā)展，氣化技術(shù)的生產(chǎn)效率得到了大幅度的提升，對(duì)環(huán)境造成的影響也在逐漸減少，但是所產(chǎn)生的污染物依然大量存在。在氣化廢水中產(chǎn)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(chǎn)技術(shù)不同所產(chǎn)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(chǎn)生的污染物大大少于其他氣化工藝所產(chǎn)生的污染物。

2.2 液化廢水

將原煤、焦煤等煤炭轉(zhuǎn)化為石油產(chǎn)品的過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生大量的廢水，這種廢水一般稱為煤炭液化廢水，其產(chǎn)生的主要來(lái)源為加氫裂化、加氫精制以及液化等。由于生產(chǎn)工藝不同，煤的液化可細(xì)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(zhuǎn)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(zhuǎn)化為烴、醇類液體物質(zhì)。煤炭液化產(chǎn)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(chǎn)工藝中會(huì)加入大量的堿性物質(zhì)，這些堿性物質(zhì)會(huì)進(jìn)入到廢水當(dāng)中，因此這種廢水被稱之為堿性廢水。針對(duì)堿性廢水的處理，可以采用酸堿中和法、絮凝法和化學(xué)沉淀法等幾種。目前針對(duì)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(dá)到無(wú)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(lái)源于生活用水、循環(huán)水、煤氣洗滌水、生產(chǎn)過(guò)程中化學(xué)反應(yīng)生成的水、水處理過(guò)程中添加藥劑后產(chǎn)生的含鹽水，含鹽廢水的主要特點(diǎn)就是含有較高濃度的鹽分、有機(jī)物質(zhì)，含鹽廢水的成分不確定，含有多種鹽類物質(zhì)。

2.5 有機(jī)廢水

在煤化工生產(chǎn)過(guò)程中有機(jī)廢水的產(chǎn)生有很多途徑，比如酚氨回收廢水、有機(jī)含氨污水等，低溫甲醇洗、焦油加氫、液化等環(huán)節(jié)都會(huì)產(chǎn)生有機(jī)廢水，還有生活污水、生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)地面的清洗等都是有機(jī)廢水產(chǎn)生的主要來(lái)源。有機(jī)廢水的大量排放會(huì)造成水質(zhì)的富營(yíng)養(yǎng)化，對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞是非常嚴(yán)重的。目前針對(duì)煤化工有機(jī)廢水的處理主要有以下幾種：一是采用改進(jìn)的SBR工藝，該工藝的主要步驟分為進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排水、靜置等，操作相對(duì)簡(jiǎn)便，可以根據(jù)需要適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)反應(yīng)周期，去除氨氮效果較為顯著。二是采用PACT/WAR工藝進(jìn)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?yàn)榛钚蕴烤哂休^強(qiáng)的吸附作用，可以有效的吸附有機(jī)廢水中含有的氧與有機(jī)物質(zhì)，加快微生物分解有機(jī)物質(zhì)的速度，從而對(duì)水質(zhì)起到凈化的作用。三是采用多級(jí)生物處理的方法，該方法主要包括以下幾個(gè)部分：外循環(huán)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(yè)中的應(yīng)用非常廣泛，處理效果也較好。

3 典型煤化工廢水的水質(zhì)分析

由于煤化工行業(yè)在生產(chǎn)中產(chǎn)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(jìn)行水質(zhì)分析，為實(shí)現(xiàn)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(zhì)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(chǎn)生途徑主要有以下幾個(gè)方面，一是是焦?fàn)t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(zhì)的廢水；三是蒸汽冷凝系統(tǒng)產(chǎn)生的廢水。廢水樣品采樣完成后進(jìn)行冷藏保存，盡快做好實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作，進(jìn)行水質(zhì)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(chǎn)生于水煤漿氣化制煤氣的工藝，在水煤漿氣化爐中經(jīng)過(guò)沉降槽沉降后的灰渣會(huì)被壓成濾餅輸送出去，壓濾后的濾液會(huì)自流入研磨水槽參與磨煤生產(chǎn)，而沉降槽上部會(huì)有部分清液溢流到灰水槽內(nèi)形成灰水，其中大部分作為除氧器與磨煤機(jī)的補(bǔ)給用水，還有一小部分會(huì)在冷卻后進(jìn)入了污水處理系統(tǒng)。廢水樣品采樣完成后同樣需要進(jìn)行冷藏保存，盡快做好實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作，進(jìn)行水質(zhì)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(shù)的適應(yīng)性比較寬泛，特別是在以褐煤為主的劣質(zhì)煤利用方面具有較大的優(yōu)勢(shì)。但是碎煤加壓氣化技術(shù)也存在很大缺點(diǎn)，就是產(chǎn)生的廢水非常多，而且廢水里所含的雜質(zhì)種類多樣，因此碎煤加壓氣化廢水的治理會(huì)消耗更高的成本費(fèi)用。廢水樣品采樣完成后同樣需要進(jìn)行冷藏保存，盡快做好實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作，進(jìn)行水質(zhì)的分析[4]。

3.2 水質(zhì)分析實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備

(1)所需的化學(xué)試劑。本次實(shí)驗(yàn)中所需的化學(xué)試劑包括：

分析純：H2SO4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(cè)定的福林試劑，富含有機(jī)氮化物的蛋白胨和牛肉膏，C6H4Cl2O(99%)。

(2)所需的化學(xué)儀器。本次實(shí)驗(yàn)用于檢測(cè)的儀器主要有：南京菲勒儀器有限公司產(chǎn)D-8PCS型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)；昆山舒美產(chǎn)KQ300-DE型數(shù)控超聲清洗器；島津公司產(chǎn)TOC-VCPH型分析測(cè)定儀；上海慧泰產(chǎn)DHG-9070A型鼓風(fēng)干燥箱；東南科儀產(chǎn)Milli-Q Advantage型超純水制備系統(tǒng)；梅特勒AE163型電子分析天平；梅特勒EL20K型酸度計(jì)；島津GCMS-QP2020型氣相質(zhì)譜聯(lián)用儀；上海湘儀產(chǎn)TGL-20M型高速臺(tái)式冷凍離心機(jī)；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(cè)定儀；上海亞榮RE-52AA旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器；上海啟洵產(chǎn)HZQ-C水浴振蕩器。

3.3 對(duì)廢水進(jìn)行水質(zhì)分析

煤化工企業(yè)排放的廢水所含雜質(zhì)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(zhì)，屬于典型廢水，在做水質(zhì)分析的時(shí)候應(yīng)從以下四個(gè)方面分別進(jìn)行。

(1)水污染常規(guī)指標(biāo)測(cè)定。a)采用氨氣敏電極法測(cè)定廢水中氨氮的含量，該方法操作非常簡(jiǎn)便，不需要提前對(duì)試樣做專門的處理，可以直接進(jìn)行檢測(cè)，節(jié)省大量的時(shí)間，目前被廣泛用于實(shí)驗(yàn)室氨氮含量測(cè)定，特別是針對(duì)高濃度廢水的檢測(cè)更具優(yōu)勢(shì)；b)采用TOC分析儀直接測(cè)定廢水中TOC的含量；c)采用重鉻酸鉀消解法測(cè)定廢水中COD含量，準(zhǔn)確度比較高；d)采用福林法測(cè)定廢水中總酚含量。

(2)溶解性有機(jī)物測(cè)定。使用光譜儀測(cè)定溶解性有機(jī)物DOM。

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

(4)多環(huán)芳烴測(cè)定分析。采用GC-MS測(cè)試法測(cè)定水相有機(jī)物與污泥相有機(jī)物中多環(huán)芳烴。

3.4 對(duì)廢水進(jìn)行毒性分析

(1)活性污泥法測(cè)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(jì)算EC50(半最大效應(yīng)濃度)，然后對(duì)比是否在污泥敏感性要求的范圍之內(nèi)(2mg/L～25mg/L)。

(2)發(fā)光細(xì)菌法測(cè)定毒性

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

4 結(jié)語(yǔ)

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(yè)得到快速發(fā)展，但是因此而產(chǎn)生的大量煤化工廢水嚴(yán)重影響到生態(tài)環(huán)境，已經(jīng)受到社會(huì)的廣泛關(guān)注。目前針對(duì)煤化工廢水所采取的廢水處理方法已經(jīng)出現(xiàn)了很多，但是煤化工廢水其中含有較多的難降解物質(zhì)，對(duì)環(huán)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(fā)的腳步，探索更加科學(xué)、便捷的水質(zhì)分析方法，為做好典型煤化工廢水處理打好基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)煤化工行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。