煤化工廢水中氨氮去除方法的研究及工程應用

張越臺

（陽煤平原化工有限公司，山東 德州 253100）

本文詳細介紹了煤化工廢水的處理，提出了煤化工廢水氨氮去除的研究意義、來源和特點，以有效地減少環境污染。

一、煤化工廢水處理的研究意義

我國是一個煤炭大國，已探明的煤炭儲量約占世界總量的15%，但我國也是一個石油貧困國家，石油儲量不到世界石油儲量的3%。經濟發展對能源的需求日益增加，我國油氣資源短缺的矛盾更加突出。近年來，我國加大了可再生資源、油頁巖、頁巖氣等清潔能源的開發力度，但由于受技術水平的限制，仍不能滿足社會和化工行業的需求。為了保障我國的能源安全，發展我國的煤炭工業至關重要。為促進資源的高效清潔利用，我國出臺了一系列政策，發展潔凈煤技術，鼓勵對煤炭加工改造項目進行投資。清潔能源的發展目標煤化工的來源已成為煤炭工業發展的新趨勢[1]。

煤化工是將煤轉化為多種化學品和多種燃料工業的過程，煤化工的主要產品是焦炭、合成氨、電石、煤油、煤烯烴、煤醇醚等，煤化工在提高煤炭利用率的同時，實現了經濟效益的最大化，減少了對環境的污染。但是煤化工會消失，它會消耗大量的水資源。煤化工廢水屬于高污染廢水，其成分復雜多變，不同工藝產生的煤化工廢水也存在較大差異，煤化工廢水中常含有大量的氨氮、氰化物、苯酚等有毒有害物質。由于煤化工廢水的組成復雜，難以降解，因此針對煤化工廢水的處理問題進行了研究。

對于減少煤化工廢水對環境的污染，提高煤化工廢水利用率具有重要意義。目前，煤化工廢水的處理方法主要有脫酚氨法、物理化學預處理法、生物處理法和混凝沉淀后排放法。除酚氨蒸餾法可以回收煤化工廢水中的酚類和氨類物質，降低了成本，提高了經濟效益，同時也降低了水的毒性；物理化學預處理法可以去除石油類物質和懸浮固體；生物處理法可以降解和脫氮[2]。

二、煤化工廢水的來源及特點

當煤直接燃燒時，只有不到30% 的能量可以被使用，而且大部分能量被浪費了。為了減少對石油資源的依賴，提高煤炭資源的利用率，煤炭資源的利用率越來越受到人們的重視，人們開始開發研究煤炭資源的轉化過程。煤化工廢水主要產生于煤炭加工利用廢水過程中，主要包括工藝廢水、鍋爐廢水和循環冷卻水。由于生產煤化工廢水的工藝目標和處理技術不同，含有大量有機鹽離子和有機物的煤化工廢水的處理十分困難。介紹了煤化工的三種主要工藝及其廢水的來源和特點[3]。

首先是焦化廢水，煤制焦是指將煤轉化為焦炭的過程，通常煤在離開空氣的情況下，在1000℃的高溫下加熱，經過一系列物理和化學變化形成焦炭的過程，生成的焦炭還可以產生含有數百種有機化學原料的焦油。實踐表明，焦化工業廢水主要來源于蒸汽冷凝、一次煤氣冷卻和生產用水，在煤氣冷卻和干餾過程中，水體中會有大量殘留物，是焦化廢水的主要來源，占焦化廢水總量的一半以上，水質與焦化工藝及原煤種類和質量密切相關。煉焦廢水中除了含有大量的氨氮、CODcr物質，還含有大量的硫氰化物、氰化物顆粒物、酚類等污染物。

第二，是煤氣化廢水。煤氣化是指將煤炭原來的高分子固態物質在特定的條件下，經過一系列的物理變化、化學變化轉變為小分子氣態物質的過程，在煤氣化過程中主要應用“魯奇”、“德士古”、“殼牌”等三種工藝。煤氣化廢水的主要來源有煤氣洗滌廢水、煤氣冷卻廢水和煤氣分餾廢水，其中煤氣洗滌廢水是最主要的。煤氣化廢水是一種濃度高難于降解地有機廢水，含有大量的氨氮、氰化物、SS、揮發酚和多種環狀有機物[4]。

三是煤制油廢水。煤轉油是指在生產空煤油和汽柴油的過程中使用煤作為原料。直接液化工藝主要用于煤轉油化工和間接液化工藝，直接液化工藝是指煤漿加氫裂化為液態烴的高溫高壓工藝。間接液化是將煤炭轉化為液態烴的過程，也是氣化產品轉化為液態油的過程。煤制油工藝需要消耗大量的水和煤制油廢水的特點是成分復雜、色度大、乳化程度高、難降解，含有大量的無機物和有毒有機物，含有氨氮、氰化物等有毒有機物的無機物以含氮、硫雜環和苯系物為主。

三、煤化工廢水中氨氮去除方法的研究

通過對煤化工廢水來源及特點的認識，可以了解到煤化工廢水中含有大量的氨氮物質，為了更好地去除煤化工廢水中的氨氮物質，減少對環境的污染，煤化工廢水處理通常采用分離技術、高級氧化技術、生物技術，以下詳細介紹了煤化工廢水中氨氮的去除方法。去除煤化工廢水中氨氮物質通常采用生物法進行處理。生物法應用于煤化工廢水處理具有很多優點，它可以降低煤化工廢水中有機物的濃度，可以有效地去除氨氮、CODcr、BOD，是煤化工廢水達到排放標準，是煤化工廢水處理的核心工藝。原生物處理包括活性污泥法、生物脫氮法、生物強化技術等，相比之下活性污泥法可以去除煤化工廢水中的氨氮，效果更好，因為煤化工廢水中氨氮、氰化物濃度較高，會使微生物不能在這種環境中生存，為了改變這種狀況，可以通過氧化預處理、生物馴化措施、改進曝氣等方法來減少煤化工廢水的毒性，提高溶解氧濃度和耐受性等，其他脫氮方法可以達到排放標準[5]。

針對煤化工廢水的特點，采用生物脫氨工藝處理煤化工廢水是十分必要的。生物除氨技術的核心是控制不同階段池中溶解氧的數量，以控制硝化和脫氮。化學過程受到控制，有機物也可以被處理。目前廣泛采用的除了同步硝化反硝化技術和短程硝化反硝化技術外，還有厭氧－好氧聯合反硝化工藝[6]。

生物強化技術是指在煤化工行業中使用經過特殊處理的微生物廢水處理技術，經過特殊處理的微生物可以改善處理強度大，處理煤化工廢水的效果將大大提高。加入煤化工廢水中采用生物制劑或特殊細菌，改善煤化工廢水中氨氮和揮發性酚的處理以及氰化物處理能力。

此外，采用氧化還原法處理煤化工廢水也廣泛應用于煤化工廢水的處理，該方法可以改變煤化工廢水中污染物的結構，從而達到抑制生物生長或降低污染物毒性的目的，可以從根本上解決煤化工廢水的毒性和色度問題。難降解的煤化工廢水通常采用氧化法處理，有毒煤化工廢水可生化性較好，與生物法相結合可達到較好的處理效果，飲用水中含有微量有害物質[7]。

結語

中國的資源結構決定了中國必須充分利用煤炭資源。為了提高煤炭資源的利用率，我國的煤化工產業依賴于國際上對煤炭資源的需求越來越大。煤化工生產過程中產生的大量廢水對我國的環境有很大的影響。詳細介紹了煤化工廢水處理的研究意義，提出了從煤化工廢水中去除氨氮的方法，有效地解決了環境污染問題。