煤氣化含酚廢水處理技術(shù)分析

煤氣化含酚廢水處理技術(shù)分析

????摘要:以碎煤加壓氣化含酚廢水為例，介紹了煤氣化含酚廢水的特性及危害，分析了處理含酚廢水的生化、化學(xué)和物理技術(shù)，提出了對氣化含酚廢水解決方案的思考，為煤氣化廢水處理技術(shù)及方案選擇提供了新的思路。

????我國能源“富煤、缺油、少氣”的結(jié)構(gòu)及持續(xù)快速穩(wěn)定增長的經(jīng)濟(jì)為中國煤化工產(chǎn)業(yè)的大發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，提供了強(qiáng)勁的發(fā)展動(dòng)力，出現(xiàn)了中國煤化工黃金發(fā)展的十年。在煤化工快速發(fā)展之初，由于對煤氣化技術(shù)的認(rèn)識不足、經(jīng)驗(yàn)不???，以及相關(guān)政策法規(guī)相對滯后，工程公司以及研究機(jī)構(gòu)、建設(shè)方等均將重點(diǎn)放到了氣化技術(shù)本身，卻忽略了氣化廢水的高效、經(jīng)濟(jì)處理，各工程公司僅按煤氣化裝置正常運(yùn)行的設(shè)計(jì)值進(jìn)行常規(guī)廢水處理設(shè)計(jì)，而忽視了煤化工廢水的特性，加上相關(guān)企業(yè)在煤化工生產(chǎn)環(huán)節(jié)對廢水處理的不夠重視，導(dǎo)致近年來煤化工廢水污染環(huán)境事件時(shí)常見諸報(bào)端，給“清潔”煤化工蒙上了一層陰影。

隨著國家新環(huán)保法的頒布實(shí)施，以及國家層面對環(huán)保重視程度的不斷增強(qiáng)，以前那種“重末端處理，輕源頭預(yù)防”的發(fā)展方式不可能再有了。可見，未來五至十年，仍將是中國煤化工快速發(fā)展的機(jī)遇期，同時(shí)也是中國煤化工環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展的時(shí)期。筆者將結(jié)合多年在煤氣化含酚廢水處理領(lǐng)域的工程經(jīng)驗(yàn)，對當(dāng)下煤氣化含酚廢水處理工藝技術(shù)進(jìn)行分析與探討，希望對中國煤化工及環(huán)保產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到一定的借鑒作用。

1氣化含酚廢水的來源及危害

1.1氣化含酚廢水的來源與特點(diǎn)

????因工藝路線有所不同，不同的煤氣化技術(shù)所產(chǎn)生的廢水在成分、水量等方面存在較大差異。從目前各種成熟煤氣化技術(shù)的運(yùn)行情況看，魯奇碎煤加壓氣化技術(shù)產(chǎn)生的廢水難處理?？疾煺佐斊婕訅簹饣夹g(shù)工藝路線，當(dāng)H2O和C在氣化爐內(nèi)高溫高壓環(huán)境下氣化生產(chǎn)合成氣后，需經(jīng)過冷卻噴淋系統(tǒng)、洗滌系統(tǒng)等方可得到較為潔凈的合成氣，供后續(xù)工序原料之用，但此過程中卻伴隨產(chǎn)生了大量的含氨氮、酚、氰化物等水溶性物質(zhì)的廢水。此類廢水是一種高濃度有毒有害的有機(jī)廢水，對環(huán)境極具破壞力，其主要特點(diǎn)如下。

????(1)廢水的色度大，污染程度高，呈深褐色，具有一定的孰度，pH值一般在6.5~8.5之間，中性偏堿，含有氨氮、酚、氰化物等水溶性物質(zhì)以及焦油等。COD值一般在5000 mg / L以上，氨氮濃度一般在3 000~10 000 mg / L之間。

????(2)廢水的成分復(fù)雜，含有大量的懸浮固體、水溶性無機(jī)化合物和酚類化合物、苯及其衍生物、毗咤等，有機(jī)物種類多達(dá)100多種。

????(3)廢水的毒性高，這不僅是因?yàn)閺U水中氰化物和酚類具有毒性，還因?yàn)閺U水中焦油含致癌物質(zhì)，如3,4一苯并芘等。

(4)廢水的水量非常大，每氣化It煤約產(chǎn)生0.5~1.1m3的有機(jī)廢水。

1. 2氣化含酚廢水的危害

????雖然魯奇碎煤加壓氣化技術(shù)產(chǎn)生的廢水具有水量大、污染范圍廣、危害大、難處理等特點(diǎn)，但是該氣化技術(shù)氣化合成氣中所含的甲烷含量可觀，仍是當(dāng)前各建設(shè)單位心中較為理想的煤制天然氣項(xiàng)目氣化技術(shù)路線選擇?？疾旌訌U水的危害性，主要在于廢水中的酚類化合物。酚類化合物屬于原型質(zhì)毒物，具有使蛋白質(zhì)變性和凝固的功能，有很強(qiáng)的殺菌效果，且對一切活體都有毒殺作用，這也是含酚廢水(酚含量較高)不能直接采用生化處理的原因。

????這里有一個(gè)量化的概念，即當(dāng)飲用水中酚類污染物含量達(dá)到0. 001 mg/L時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生難聞的氣味;當(dāng)酚類污染物含量超過0 . 002 mg / L時(shí)，將會(huì)影響到人的身體健康;當(dāng)酚類污染物含量達(dá)到0. 1~0. 2 mg / L時(shí)，水體中的魚將不能食用;當(dāng)酚類污染物含量達(dá)到6.5~9.3 mg/L時(shí)，水體中的魚類等水生生物將會(huì)大量死亡;當(dāng)酚類污染物含量高于100 mg/L時(shí)，此類廢水若直接用于農(nóng)作物灌溉，將會(huì)造成農(nóng)作物大量減產(chǎn)或枯死。

對人體而言，若長期飲用被酚類物質(zhì)污染的水，將會(huì)引起貧血、頭暈以及神經(jīng)系統(tǒng)病癥，而且酚類物質(zhì)溶解于水，不僅能夠引起中毒等癥狀，還是世界公認(rèn)的致癌物質(zhì)。因此，如果含酚廢水得不到有效處理，將對自然生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重的危害困，因此，大力開展新型煤氣化技術(shù)的研究，盡量減少含酚廢水的產(chǎn)生，并立足當(dāng)前實(shí)際情況，加大對已經(jīng)建成開車的魯奇碎煤加壓氣化裝置水處理設(shè)施進(jìn)行升級改造，是環(huán)境保護(hù)和造福人類的重要任務(wù)，勢在必行。

2氣化含酚廢水處理的工藝技術(shù)

以碎煤加壓氣化為代表的氣化技術(shù)所產(chǎn)生的含酚廢水，其處理目前主要分為三級處理，即初級、中級和深度處理。初級處理主要是回收廢水中的有價(jià)可用物質(zhì)，中級處理主要是對廢水進(jìn)行生化處理，深度處理主要是進(jìn)行臭氧氧化和活性炭吸附等操作。

2.1氣化含酚廢水的初級處理

????以碎煤加壓氣化為例，其氣化廢水含有苯酚、氨、焦油等物質(zhì)，其含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過國家標(biāo)準(zhǔn)的排放值，如氣化廢水中的苯酚濃度正常值高達(dá)5 500 mg/L，加上該氣化技術(shù)很少正常運(yùn)行，所以一般情況下苯酚的濃度更高。如果對此類廢水直接進(jìn)行生化處理，微生物將很快被酚類物質(zhì)毒殺，故生化處理不能直接用作高含酚廢水的處理。在對含酚廢水進(jìn)行生化處理之前，一般通過沉淀、萃取、汽提等工藝方法，除去廢水中部分灰渣、酚類、油類等物質(zhì)。經(jīng)過萃取脫酚和汽提脫氨處理后的氣化含酚廢水，酚和氨的去除率高達(dá)99%和98%以上，此時(shí)COD的去除率能夠達(dá)到90%以上。

氣化含酚廢水中的酚一般采用溶劑萃取脫酚工藝進(jìn)行處理，其原理是利用酚在不同物質(zhì)中的溶解度不同，將氣化含酚廢水中的酚從廢水中轉(zhuǎn)移至其他溶劑中。目前常用的脫酚萃取劑多為二異丙基醚，其萃取效率高達(dá)99 %，而且此類萃取不需要使用強(qiáng)堿進(jìn)行反萃取。氣化含酚廢水中的氨一般采用水蒸氣汽提一蒸氨工藝方法進(jìn)行處理，其原理是含酚廢水汽提析出可溶性氣體，可溶性氣體在吸收塔內(nèi)被磷酸鉸溶液吸收后實(shí)現(xiàn)氨與其他氣體物質(zhì)的分離，將此富氨溶液送入汽提塔后實(shí)現(xiàn)磷酸鉸溶液再生和氨的回收。氣化含酚廢水經(jīng)過脫酚蒸氨處理后，對生化處理微生物將不再具有大的毒性，可以下一步生化處理了。

2. 2氣化含酚廢水的中級處理

????目前有效且常用的生化處理技術(shù)有生物過濾法和活性污泥法兩種。

????生物過濾法是將氣體洗滌塔出來的廢水經(jīng)沉淀池沉淀后送入冷水井冷卻，加入明礬后流入斜管澄清池，再入調(diào)節(jié)池，返回用于氣體的洗滌。斜管澄清池排出的污泥經(jīng)濃縮池濃縮后產(chǎn)生的濃縮液返送至冷水井，再進(jìn)入生物濾池處理，剩下的污泥排放。此工藝技術(shù)中主要設(shè)備為塔式生物濾池，塔內(nèi)分為數(shù)格，塔底設(shè)有通風(fēng)口，通風(fēng)方式為自然通風(fēng)或強(qiáng)制通風(fēng)，填料可為焦炭、陶瓷或塑料等。在20 ~?40℃的環(huán)境下氣化廢水在塔內(nèi)自上而下流動(dòng)，廢水中污染物在不同生物的作用下得以降解。通過該法，處理后的廢水COD濃度在350~?400 mg / L之間，酚的濃度仍然有12. 6 mg/L左右，尚達(dá)不到直接排放的標(biāo)準(zhǔn)。此外，此方法還存在塔頂逸出含毒廢氣污染環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)。

另一種常用的生化處理方法是活性污泥法，該方法是通過如下程序完成氣化廢水處理的:首先進(jìn)行一次沉淀處理，主要去除氣化廢水中的灰渣等物質(zhì);氣化廢水在曝氣池中進(jìn)行曝氣處理;在隔油池中去除氣化廢水中的焦油;在調(diào)節(jié)池中調(diào)節(jié)氣化廢水的pH值，以便將有害物質(zhì)的濃度控制在利于生化降解的范圍之內(nèi);在浮選池內(nèi)去除氣化廢水中的乳化油，析出廢水中的氨、氰化氫及硫化氫等物質(zhì)。如采用一般活性污泥法處理氣化廢水，處理后的廢水很難達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)，若采用多級活性污泥處理法進(jìn)行處理，因曝氣時(shí)間要求增長，對應(yīng)設(shè)備容積及投資也要加大。

2. 3氣化含酚廢水的深度處理

????在對氣化含酚廢水進(jìn)行生化處理后，若廢水污染物指標(biāo)達(dá)不到國家排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，則要進(jìn)行生化后處理，即深度處理。目前，適用于氣化含酚廢水處理的深度處理技術(shù)包括活性炭吸附法和臭氧氧化法兩種，其中活性炭吸附法普遍使用深度處理方法，此技術(shù)的難點(diǎn)在于活性炭的再生利用上，如采用顆粒狀的活性炭，其可回收且可重復(fù)使用，但回收率僅為50%，考慮到顆粒狀活性炭的價(jià)格，此方法的運(yùn)行成本很高;如采用粉末狀的活性炭，在制造和性能方面都很好，就是無法回收再生?？偟恼f來，活性炭吸附法的運(yùn)行成本高是限制其廣泛使用的根本原因。

深度處理的另一個(gè)方法是臭氧氧化法，該方法是指經(jīng)過生化處理后的氣化含酚廢水進(jìn)入隔油池，在隔油池內(nèi)去除廢水中殘留的酚類化合物和焦油等，然后在調(diào)節(jié)池內(nèi)對氣化廢水的pH值進(jìn)行調(diào)節(jié)，之后氣化廢水與臭氧一起以一定的速度及壓力通過噴嘴噴入接觸氧化器(接觸氧化器是利用文丘里管的原理制成的，可串聯(lián)使用，串聯(lián)級數(shù)越多處理效率越高)[3]