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(duì)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(guó)能源“富煤、缺油、少氣”的結(jié)構(gòu)及持續(xù)快速穩(wěn)定增長(zhǎng)的經(jīng)濟(jì)為中國(guó)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(guó)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(duì)煤氣化技術(shù)的認(rèn)識(shí)不足、經(jīng)驗(yàn)不???，以及相關(guān)政策法規(guī)相對(duì)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(duì)廢水處理的不夠重視，導(dǎo)致近年來(lái)煤化工廢水污染環(huán)境事件時(shí)常見(jiàn)諸報(bào)端，給“清潔”煤化工蒙上了一層陰影。

隨著國(guó)家新環(huán)保法的頒布實(shí)施，以及國(guó)家層面對(duì)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(jiàn)，未來(lái)五至十年，仍將是中國(guó)煤化工快速發(fā)展的機(jī)遇期，同時(shí)也是中國(guó)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(duì)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(duì)中國(guó)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(lái)源及危害

1.1氣化含酚廢水的來(lái)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。考察整套魯奇加壓氣化技術(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(guò)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(guò)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(duì)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(wú)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。考察含酚廢水的危害性，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(duì)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(guò)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(yú)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(yú)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(duì)人體而言，若長(zhǎng)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(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重的危害困，因此，大力開(kāi)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(duì)已經(jīng)建成開(kāi)車的魯奇碎煤加壓氣化裝置水處理設(shè)施進(jìn)行升級(jí)改造，是環(huán)境保護(hù)和造福人類的重要任務(wù)，勢(shì)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(jí)處理，即初級(jí)、中級(jí)和深度處理。初級(jí)處理主要是回收廢水中的有價(jià)可用物質(zhì)，中級(jí)處理主要是對(duì)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(jí)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(guò)國(guó)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(duì)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(duì)含酚廢水進(jìn)行生化處理之前，一般通過(guò)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(guò)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(guò)脫酚蒸氨處理后，對(duì)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(jí)處理

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

????生物過(guò)濾法是將氣體洗滌塔出來(lái)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(guò)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(guò)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(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，若采用多級(jí)活性污泥處理法進(jìn)行處理，因曝氣時(shí)間要求增長(zhǎng)，對(duì)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(duì)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(guó)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(wú)法回收再生。總的說(shuō)來(lái)，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(guò)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(duì)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(guò)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(jí)數(shù)越多處理效率越高)[3]