煤气化废水处理工艺流程研究

段锦章

（上实环境控股（武汉）有限公司，武汉 430074）

煤炭是现代社会应用总量较大的资源，其属于石化能源，在国内能源生产结构中占据较高的地位。从近几年能源消耗调查结果来看，煤炭能源的消耗占据消耗总量的2/3左右。煤化工属于发展前景较大的产业，尤其是新型煤化工产业属于未来值得发展的重要产业之一。煤气化被称为新型煤化工产业的龙头技术，近几年应用煤气化合成化工产品的新型煤化工项目数量不断增加。国内煤气化工项目多分布在山西、内蒙古和河南等煤炭产地，以水资源匮乏地区为主。这些地区的常年降水量较小，导致其存在地表水环境容量有限问题，部分地区甚至不存在纳污水体。煤化工项目对于水资源需求量较大，会产生大量废水，而这些废水含有一定的焦油与氨氮等，对人体具有较大危害，为此，必须要对这些废水给予有效处理。

1 煤气化废水的来源、特征及危害性

1.1 煤气化废水来源

煤气化过程将煤或是煤焦作为基础原料，将氧气、空气、氢气等作为汽化剂，在高温或是高温加压条件下促使煤或是煤焦中的可燃部分发生化学反应，促使其转化为气体燃料[1]。现阶段，国内所开发与从国外引进的煤气化技术种类众多，可概括为固定床气化技术、流化床气体化技术、气流床气化技术三种。固定床中鲁奇加压气化技术的应用较为常见，其优势在于气化效率较高、碳转化与气化热效率较高、氧耗较小等。在气化煤气冷却期间，需要应用循环冷却水喷洒冷却煤气化炉出口的煤气，将煤气中的焦油、氨、硫化氢等洗涤到水中，而煤气中的水蒸气也会随之冷却到水中，产生高污染废水。

1.2 煤气化废水特征

首先，煤气化废水污染物浓度较高，酚类、油以及氨氮的浓度较高，生化有毒与抑制性物质较多，在生化处理期间，有机污染物较难完全降解。从这一点来看，煤气化废水属于具有代表性的高浓度、高污染、难于降解的工业有机废水[2]。其次，基于各单位应用原煤成分与气化工艺的不同，废水成分出现较大的差异。德士古气化工艺应用中所产生的废水量较少，其污染程度也较低，但煤种的适应性较弱。鲁奇气化工艺、传统常压固定床间歇式气化工艺等所产生的废水污染程度较大，尤其是这类工艺应用期间所产生的含酚废水较难处理，运行成本较高。

1.3 煤气化废水危害性

废水中的氰化物毒性较高，若人或是家畜摄入一定量的氰化物，短时间会出现中毒死亡。氰化物在进入水体后，达到0.05 mg/L的浓度会导致水中部分生物在短时间内死亡。若氰化物进入土壤，将会导致农作物出现中毒情况而减产[3]。为此，必须要强化对废水中氰化物的处理，严格控制氰化物的排放浓度。氨氮对于水环境具有较大影响，水中的非离子型氨可穿透细胞膜进入水生物体内，干扰生物体的正常代谢活动，从而引发水中生物中毒死亡。氨氮可促使水体富营养化，致使水中的藻类与水生植物加速繁殖，影响水体透明度，甚至导致大量海藻漂浮在水面，影响水中生物的存活质量。

2 煤气化废水处理工艺

2.1 物理处理办法

物理法也就是通过物理作用分离废水中的悬浮物或是浊物，达到清除煤化工废水中油类与乳化物等物质的效果[4]。比较常见的包括澄清、过滤、隔油与气浮等办法。例如，应用隔油沉淀清除多数油类物质，这些物质一般会附着于菌胶团的表层，对后期废水处理效果造成影响。气浮法多应用在处理相对密度小于1或是近似于1的悬浮物以及脂肪等较难实现自然沉降或是上浮的物质。物理处理办法多应用在废水前期预处理，维持后期处理设施的健康运行，此项处理技术应用过程较为简单，目前也比较成熟。

2.2 化学处理办法

化学处理办法也就是应用相关化学反应，处理废水中的溶解物质或是胶体物质，比较常见的是氧化还原处理，同时其也被应用在药剂氧化处理中。其应用的氧化与还原剂包括臭氧、硫酸亚铁等，具有较强的氧化与还原功能，能够有效地清理水体中较难降解的有机污染物，从而达到改善水质的效果。臭氧能够高效地氧化水体中较难降解的有机污染物，在废水处理中进行脱色，去除异味，能够获取到较为理想的效果。在单纯臭氧应用过程中，所需用量较大，投入成本较高，有关研究显示，煤气废水生物处理出水经由臭氧氧化后，会产生小分子物质，有助于后期各项生物处理工艺的实施。将臭氧与生物处理技术进行联合应用，能够提升废水的深度处理效果，同时能够有效地降低废水处理成本。

2.3 物理化学综合处理办法

物理化学综合处理办法是指通过物理化学作用清除废水中的溶解物质或是胶体物质。比较常见的包括混凝、吸附、萃取等办法。

2.3.1 混凝法

混凝法应用混凝剂在水溶液中实现水解，产生带点或是具有空间结构的水解产物，这些产物经由吸附架桥、电中和等作用可以清除废水中难以降解的大分子污染物。常用的混凝剂包括铁盐、铝盐、聚丙烯酰胺等物质。有学者应用混凝-固定化生物活性碳工艺对气化厂废水进行深度处理，进水从COD（化学需氧量）＜800 mg/L降到了COD＜100 mg/L，去除率达到80%。

2.3.2 吸附法

吸附法是指应用多孔性吸附剂吸附废水中的溶质，从而有效降低COD与色度，去除常规有机杂质与重金属等。吸附剂与吸附质之间作用力包括分子间作用力与静电引力等，比较常用的物质包括粉煤灰、活性炭等。

2.3.3 其他办法

除了以上两种处理办法之外，物理化学综合处理办法还包括萃取与蒸发等，萃取能够清除废水中的酚类物质，其一般方法是经由溶解进行分离。

2.4 生物处理办法

生物处理办法指的是通过微生物代谢的作用，促使废水中的有机污染物与无机微生物营养物质转化为相对稳定且无害的物质。

2.4.1 好氧生物处理办法

该办法是将生物絮凝体与废水中的有机物进行充分接触，吸附与降解废水中的有机物。它对COD具有较好的清除作用，但是水体中的COD等物质较难符合排放标准。

2.4.2 厌氧生物处理办法

煤化工废水中存在较多难以降解的有机物，在厌氧的条件下，其能够被厌氧微生物分解成为易于降解的有机物。有学者应用外循环厌氧工艺对煤气废水进行处理，进水COD与总酚分别为1 100 mg/L与210 mg/L，在此条件下所获取的去除率为18.5%与20.2%。

2.4.3 厌氧-好氧联合处理办法

煤化工废水成分较为复杂，污染物的生物可降解性较差。如果只应用好氧与厌氧工艺处理难以降解的有机物，较难保障其符合相关标准；如果将厌氧与好氧进行联合应用，就能够达到良好的处理效果。

3 废水回用

依据循环水系统结垢、腐蚀和微生物滋生控制要求，笔者认为，废水回用工艺可以应用以下策略：一是在计算水平衡与盐平衡的基础上，经由纳滤处理后，利用超滤产水为循环水补水，截流进入循环水系统的有机物与结垢因子，控制循环水系统压力。同时，分析循环排污水的水质，应用混凝等预处理工艺来清除水体中的悬浮物与部分有机物。利用超滤与反渗透系统实施浓缩具有可行性。二是合理控制循环系统浓缩的倍数，构建检测机制，关注换热器可能出现的泄露问题，尤其是酸性气体的泄露问题。另外，蒸发状态可能出现腐蚀、盐结垢、有机物结垢等情况，在装置运行时，单位蒸汽消耗比会有所增加。对此，人们可以采用增加晶种、增加阻垢剂、控制固液比、对蒸发器进行周期性清洗等办法，并清除废水中的有机物与结垢因子。

4 结论

煤炭属于现代社会发展阶段中应用总量较大的资源，人们需要对煤化工企业的煤气化废水进行更为深度的处理，确保废水所含的各种物质符合相关标准。本文提出了几种煤气化废水处理的常用工艺，如物理处理工艺、化学处理工艺和生物处理工艺等。人们要结合废水中的有害物质性质等来选择处理工艺，也可以联合应用多种处理工艺，以便达到全面处理的效果。