煤化工企業(yè)廢水處理技術(shù)分析研究論文
摘要:煤化工是以煤為原料經(jīng)過(guò)化學(xué)加工，實(shí)現(xiàn)煤的轉(zhuǎn)化并進(jìn)行綜合利用的工業(yè)，煤化工企業(yè)產(chǎn)生的廢水水質(zhì)復(fù)雜，難降解有機(jī)物濃度高而且毒性大。水污染問(wèn)題是制約煤化工企業(yè)發(fā)展的主要問(wèn)題之一。本文針對(duì)煤化工企業(yè)產(chǎn)生的廢水的來(lái)源、特點(diǎn)進(jìn)行了介紹，并重點(diǎn)分析討論了煤化工廢水的預(yù)處理及深度處理技術(shù)，希望對(duì)煤化工廢水處理技術(shù)的發(fā)展具有一定的借鑒和參考價(jià)值。
關(guān)鍵詞:煤化工;企業(yè)廢水;處理技術(shù);研究進(jìn)展
煤炭資源是我國(guó)重要的能源之一，而且我國(guó)煤炭資源的儲(chǔ)量居世界前列。隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，煤資源的消費(fèi)結(jié)構(gòu)和方式也發(fā)生了較大的變化，但是還存在煤炭利用效率不高的現(xiàn)象，加劇了環(huán)境污染的現(xiàn)象。煤化工技術(shù)是指以原煤為原料，采用化學(xué)等方法等技術(shù)措施，使煤炭轉(zhuǎn)化為氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)的產(chǎn)品的過(guò)程［1］。煤化工所涉及的產(chǎn)品眾多，提升了煤炭的利用效率，是推動(dòng)煤炭能源高效利用的重要途徑。但是，煤化工企業(yè)的發(fā)展，卻帶來(lái)了水污染的問(wèn)題，煤化工企業(yè)用水量大，產(chǎn)生的廢水成分復(fù)雜，而且毒性大，若不進(jìn)行有效的處理，對(duì)周?chē)h(huán)境將造成嚴(yán)重的損害，此外，還會(huì)造成水資源的浪費(fèi)，在一些缺水地區(qū)，既不經(jīng)濟(jì)也不合理。因此，研究和開(kāi)發(fā)科學(xué)高效的煤化工廢水處理技術(shù)，不僅能夠促進(jìn)煤化工行業(yè)的發(fā)展，減少環(huán)境的污染，而且能夠最大限度的利用水資源。
1煤化工企業(yè)廢水的特點(diǎn)
煤化工企業(yè)產(chǎn)生的廢水水量大、成分復(fù)雜，按來(lái)源可分為焦化廢水、氣化廢水和液化廢水。焦化廢水是在煤焦化的過(guò)程中產(chǎn)生的廢水，主要產(chǎn)生于煉焦用水、煤氣凈化、產(chǎn)物提煉等過(guò)程中［2］。該類(lèi)廢水的特點(diǎn)是，水量大、COD和氨氮濃度高，而且廢水中含有長(zhǎng)鏈、雜環(huán)化合物，此外還有苯、酮、萘等一些多環(huán)化合物，該類(lèi)物質(zhì)難以生物降解，而且具有致畸、致癌特性。氣化廢水是煤氣化過(guò)程中獲得天然氣或者煤氣過(guò)程中產(chǎn)生的廢水，主要含有洗滌污水、冷凝廢水和蒸餾廢水等。該類(lèi)廢水的主要特點(diǎn)是COD、氨氮、酚類(lèi)、油類(lèi)等污染物濃度高，此外，廢水中的一些物質(zhì)對(duì)微生物的生長(zhǎng)具有毒害和抑制作用。液化廢水時(shí)在煤進(jìn)行液化生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢水，該類(lèi)廢水的特點(diǎn)是污染物含量高，無(wú)機(jī)鹽含量低。
2煤化工企業(yè)廢水的處理技術(shù)
2．1預(yù)處理技術(shù)
煤化工產(chǎn)生的廢水中酚和氨的含量較高，此外還有油類(lèi)物質(zhì)，經(jīng)過(guò)預(yù)處理，這些物質(zhì)可被回收利用，而且還能降低對(duì)后續(xù)處理工藝的污染負(fù)荷，使污水處理系統(tǒng)更為穩(wěn)定。
2．1．1脫酚
煤化工廢水中所含有的酚，可利用具有高比表面積的吸附材料進(jìn)行脫酚處理，當(dāng)吸附材料吸附飽和后，在利用有機(jī)溶劑或蒸汽對(duì)吸附劑進(jìn)行解脫再生［3］。常用的吸附材料有改性的膨潤(rùn)土、活性炭以及大孔的吸附樹(shù)脂。天然的膨潤(rùn)土在其表面具有親水性的硅氧結(jié)構(gòu)，對(duì)水中有機(jī)物的吸附性差。因此，在利用膨潤(rùn)土作為吸附劑時(shí)通常對(duì)其進(jìn)行改性在加以利用。有研究者對(duì)天然的膨潤(rùn)土和經(jīng)過(guò)改性的有機(jī)膨潤(rùn)土的脫酚性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明改性后的膨潤(rùn)土吸附活化能更大，達(dá)到平衡的時(shí)間較小，吸附酚的量更大�；钚蕴恳彩浅Ｓ玫奈絼┲唬钚蕴康木哂懈弑缺砻娣e、表面的孔結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，而且價(jià)格相對(duì)低廉。因此，在煤化工廢水脫酚處理中常用活性炭為吸附劑。有研究者利用活性炭吸附濃度為60mg/L的苯酚，在溫度為30℃，pH值為6．0的條件下，苯酚去除率為86%。還有研究者采用活性炭纖維來(lái)作為煤化工廢水脫酚的吸附材料，該材料具有吸附和解吸速度快，再生條件好的優(yōu)點(diǎn)。隨著高分子材料技術(shù)的發(fā)展，新型的吸附材料展現(xiàn)出了更為優(yōu)越的吸附性能，例如大孔吸附樹(shù)脂的應(yīng)用，大孔吸附樹(shù)脂與吸附物質(zhì)之間靠范德華力來(lái)吸附，其表面還有巨大的比表面積，相比活性炭等吸附材料，它具有空分布窄，容易解脫等優(yōu)點(diǎn)。
2．1．2除油
煤化工企業(yè)產(chǎn)生的廢水中含有一定的油類(lèi)，油類(lèi)物質(zhì)將會(huì)黏附在菌膠團(tuán)的表面，進(jìn)而阻礙了可溶性有機(jī)物進(jìn)入到微生物的細(xì)胞壁，從而影響了生物處理工藝的效果，因此在進(jìn)入生化處理單元前應(yīng)對(duì)煤化工廢水進(jìn)行出油，以提高后續(xù)的處理效果。通常情況下，生化處理廢水要求進(jìn)水中含油量需小于50mg/L。在煤化工廢水的油類(lèi)物質(zhì)通常采用隔油池和氣浮法來(lái)進(jìn)行控制［4］。
2．1．3蒸氨
煤化工廢水氨氮的濃度很高，主要來(lái)源于煤制氣反應(yīng)中高溫裂解和煤制氣反應(yīng)剩余的氨水。高濃度的氨氮，在進(jìn)行生化處理過(guò)程中會(huì)抑制硝化細(xì)菌的活性，進(jìn)而導(dǎo)致生活處理工藝處理效果不佳，不能保證出水氨氮達(dá)標(biāo)。目前脫氨的過(guò)程主要采用水蒸氣汽提法，將煤化工產(chǎn)生的廢水中通入大量的高溫蒸汽，使其充分的接觸，以此將廢水中的氨氮進(jìn)行吹脫，這樣可以有效的降低廢水中氨氮濃度。吹脫出的氨氮在經(jīng)過(guò)分離、蒸餾等步驟進(jìn)行回收再利用。
2．2深度處理技術(shù)
煤化工廢水中污染物濃度極高，成分復(fù)雜，而且難以降解。煤化工廢水經(jīng)過(guò)預(yù)處理后COD、氨氮等污染物的濃度得到了一定程度的降解，而難降解有機(jī)物在生化處理過(guò)程中幾乎沒(méi)有被降解，因此經(jīng)過(guò)生化出后還需對(duì)其進(jìn)行深度處理，進(jìn)而滿(mǎn)足出水的排放標(biāo)準(zhǔn)。目前在煤化工廢水處理中應(yīng)用最多的深度處理技術(shù)是高級(jí)氧化技術(shù)，主要有臭氧氧化技術(shù)、非均相催化臭氧氧化技術(shù)、超臨界水氧化技術(shù)、光催化氧化技術(shù)等［5］。
2．2．1臭氧氧化技術(shù)
臭氧是一種強(qiáng)化劑，其氧化過(guò)程有兩種途徑，一種是直接通過(guò)分子臭氧氧化，另一種是間接的通過(guò)臭氧分解并生成羥基自由基來(lái)進(jìn)行氧化［6］。臭氧氧化技術(shù)可以降低煤化工廢水中的COD，同時(shí)還能夠降低水中的色度和濁度，同時(shí)在該過(guò)程中不產(chǎn)生二次污染。有研究表明，在內(nèi)循環(huán)的反應(yīng)器中，利用臭氧對(duì)煤化工廢水進(jìn)行深度處理，COD的去除率可到40%～50%，其中對(duì)酚類(lèi)和雜環(huán)類(lèi)有機(jī)物效果最好。隨著對(duì)臭氧氧化技術(shù)的深入研究發(fā)現(xiàn)，臭氧在單獨(dú)使用過(guò)程中，有機(jī)物和臭氧反應(yīng)后通常會(huì)生成醛和羧酸，而這兩種物質(zhì)不能再和臭氧繼續(xù)反應(yīng)，進(jìn)而限制了臭氧的礦化作用，降低了臭氧的處理效果。因此，研究者采取了其他的措施以提高臭氧的氧化作用，有研究者采用UV與臭氧聯(lián)用來(lái)進(jìn)行廢水的處理，結(jié)果表明臭氧的氧化能力比單獨(dú)使用時(shí)提高了10倍以上，極大地改善了臭氧的氧化能力。
2．2．2非均相催化臭氧氧化技術(shù)
非均相催化臭氧氧化技術(shù)是建立在臭氧氧化的基礎(chǔ)之上的一類(lèi)新型的高級(jí)氧化技術(shù)，是臭氧在特定的催化劑作用下產(chǎn)生高效的羥基自由基對(duì)有機(jī)物進(jìn)行氧化分解，主要使用的催化劑有金屬氧化物、金屬改性的沸石、活性炭等［7］。目前研究最多的是金屬氧化物，例如Al2O3、TiO2等。此外，影響其氧化效果的因素還有pH值和溫度。pH值主要是影響OH的產(chǎn)生，pH值升高有助于提高OH的產(chǎn)生，進(jìn)而提高氧化能力。在催化氧化過(guò)程中，催化劑不僅起到催化的作用，而且還具有吸附作用，pH值的.變化將影響金屬氧化表面的電荷的轉(zhuǎn)移，進(jìn)而影響了對(duì)有機(jī)物的吸附能力。
2．2．3超臨界水氧化技術(shù)
超臨界水氧化技術(shù)是利用水在超臨界狀態(tài)下，具有非極性有機(jī)溶劑的性質(zhì)，進(jìn)而對(duì)有機(jī)物進(jìn)行氧化分解的技術(shù)。該技術(shù)具有反應(yīng)效率高，處理徹底。反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，但是由于超臨界狀態(tài)的水具有嚴(yán)重的腐蝕性，無(wú)機(jī)鹽在反應(yīng)過(guò)程中會(huì)結(jié)晶析出，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備和管道堵塞等問(wèn)題，最終提高了超臨界廢水的處理成本，影響了工業(yè)化應(yīng)用的進(jìn)程。
2．2．4光催化氧化技術(shù)
光催化氧化技術(shù)是利用半導(dǎo)體材料，在紫外光照射下將吸附于材料表面的氧化劑進(jìn)行激發(fā)，進(jìn)而產(chǎn)生具有強(qiáng)化性能的羥基自由基，然后利用羥基自由基對(duì)有機(jī)物進(jìn)行氧化分解。TiO2是應(yīng)用最多的光催化劑，有研究者利用光催化技術(shù)處理模擬的苯酚廢水，結(jié)果表明，TiO2的投加量為2g/L、pH值為3，光照2．5h的條件下，苯酚的去除效果最佳，可達(dá)到96%。TiO2光催化技術(shù)對(duì)難降解有機(jī)物的處理效果十分顯著，但是現(xiàn)階段還未能應(yīng)用于煤化工廢水的處理中，原因在于該催化劑不能充分的利用太陽(yáng)能，反應(yīng)器設(shè)計(jì)難以符合實(shí)際的應(yīng)用。相信隨著技術(shù)的發(fā)展，這些問(wèn)題終將會(huì)被解決，給煤化工廢水處理技術(shù)帶來(lái)新的突破。
3結(jié)語(yǔ)
煤化工技術(shù)給煤炭資源的利用帶來(lái)了新的發(fā)展方向，提高了煤炭的利用效率。但是煤化工企業(yè)產(chǎn)生的廢水又給我們提出了一個(gè)新的難題，由于其水量大，污染物濃度高，而且成分復(fù)雜，毒性大，單一的處理技術(shù)根本不能滿(mǎn)足要求。建議企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)在結(jié)合實(shí)際工程的前提下，加大對(duì)煤化工廢水處理技術(shù)的研究，努力及早實(shí)現(xiàn)處理效率高、環(huán)境友好的廢水處理技術(shù)，以帶動(dòng)煤化工行業(yè)向著更高的方向發(fā)展。
作者:巨潤(rùn)科 單位:佛山市新泰隆環(huán)保設(shè)備制造有限公司
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