煤氣化技術(shù)及煤氣化廢水處理技術(shù)

摘要煤氣化是減少燃煤污染的有效途徑，但氣化過(guò)程中產(chǎn)生的廢水會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。本文針對(duì)廢水中主要污染物的不同，對(duì)其處理方法、治理技術(shù)、工藝分別進(jìn)行了論述，并提出了建議。分別介紹了煤氣化廢水中有用物質(zhì)的回收，生化處理方法以及深度處理方法。具體介紹了廢水中酚和氨的回收，采用活性污泥法、生物鐵法，炭—生物鐵法、缺氧—好氧（A—O）法對(duì)廢水進(jìn)行處理，采用活性炭吸附法和混凝沉淀法對(duì)廢水進(jìn)行深度處理。關(guān)鍵詞：煤氣化，廢水處理，活性污泥法③萃取脫酚。萃取脫酚（圖7）是一種液-液接觸萃取、分離與反萃再生結(jié)合的方法。酚回收工段利用精餾操作脫除酸性氣體CO、HS、HCN,又利用精餾側(cè)提出15%濃度的氨溶液,使水得到凈化。該方法簡(jiǎn)單,成本低,便于操作,回收率高。同時(shí)側(cè)汽提的氨利用氨精餾得到90%以上濃度的高純液氨。圖7溶劑萃取脫酚法工藝流程簡(jiǎn)圖（2）氨的回收目前對(duì)氨的回收主要采用水蒸氣汽提-蒸氨（圖8）的方法。污水經(jīng)汽提，析出可溶性氣體，再通過(guò)吸收器，氨被磷酸氨吸收，從而使氨與其他氣體分離，再將此富氨液送入汽提器，使磷酸氨溶液再生，并回收氨。精餾操作利用酚水中各物質(zhì)揮發(fā)度的差異使各組分實(shí)現(xiàn)連續(xù)的高純度的分離。由解析塔接受槽來(lái)的131℃、含氨20％左右的氨液送入精餾塔中部精餾。塔頂?shù)?9.98％純氨汽，經(jīng)冷卻后部分作為回流送往塔頂，控制塔頂溫度在33～34℃，其余部分作為產(chǎn)品。精餾塔操作壓力1.7MPa，冷凝冷卻水溫為30℃，精餾塔底排出的廢水含氨＜0.1％（W），塔底通入直接蒸汽，操作溫度約為194℃。在精餾塔進(jìn)料層附近送入20％(W)NaOH水溶液，將進(jìn)料中微量的CO2,H2S等酸性組分除去，以防止產(chǎn)生銨鹽而引起堵塞。另外，在精餾塔進(jìn)料層附近可能會(huì)積聚油分，必須在適當(dāng)高度從側(cè)線引出，返回到吸收塔煤氣中去。圖8水蒸氣汽提-蒸氨法回收氨工藝流程圖2．煤氣化廢水處理方法[9]煤氣化廢水在進(jìn)行預(yù)處理前根據(jù)不同的水質(zhì)特點(diǎn)設(shè)置調(diào)節(jié)池以調(diào)節(jié)水質(zhì)水量，設(shè)置隔油池或氣浮池進(jìn)行除油，經(jīng)以上的預(yù)處理后可采用下面的方法進(jìn)一步進(jìn)行處理。（1）活性污泥法活性污泥法（圖9）是采用人工曝氣的手段，使得活性污泥均勻分散并懸浮于反應(yīng)器中和廢水充分接觸，并在有溶解氧的條件下，對(duì)廢水中所含的有機(jī)底物進(jìn)行著合成和分解的代謝活動(dòng)。在活動(dòng)過(guò)程中，有機(jī)物質(zhì)被微生物所利用，得以降解、去除。同時(shí)，亦不斷合成新的微生物去補(bǔ)充、維持反應(yīng)器中所需的工作主體——微生物（活性污泥），與從反應(yīng)器中排除的那部分剩余污泥相平衡?；钚晕勰喾ㄌ幚淼年P(guān)鍵是保證微生物正常生長(zhǎng)繁殖，為此須具備以下條件：一是要供給微生物各種必要的營(yíng)養(yǎng)源，如碳、氮、磷等，一般應(yīng)保持BOD5：N：P=100：5：1（質(zhì)量比）。煤氣化廢水中往往含磷量不足，一般為0.6～1.6mg/L，故需向水中投加適量的磷；二是要有足夠氧氣；三是要控制某些條件，如pH值以6.5～9.5、水溫以10～25℃為宜。另外應(yīng)將重金屬和其他能破壞生物過(guò)程的有害物質(zhì)嚴(yán)格控制在規(guī)定范圍之內(nèi)。圖9活性污泥法處理廢水工藝流程（2）生物鐵法生物鐵法是在曝氣池中投加鐵鹽，以提高曝氣池活性污泥濃度為主，充分發(fā)揮生物氧化和生物絮凝作用的強(qiáng)氧化生物處理方法。工藝包括廢水的預(yù)處理、廢水生化處理和廢水物化處理三部分。預(yù)處理包括重力除油、均調(diào)、氣浮除油；生化處理過(guò)程包括一段曝氣、一段沉淀、二段曝氣、二段沉淀；物化處理工藝流程包括旋流反應(yīng)、混凝沉淀和過(guò)濾等工序。在生物與鐵的共同作用下能夠強(qiáng)化活性污泥的吸附、凝聚、氧化及沉淀作用，達(dá)到提高處理效果、改善出水水質(zhì)的目的。生物鐵法的生產(chǎn)運(yùn)行工藝條件包括：營(yíng)養(yǎng)素的需求、適量的溶解氧、溫度和pH值控制、毒物限量及污泥沉降比等。（3）炭—生物鐵法目前，國(guó)內(nèi)一些廠家的處理裝置由于超負(fù)荷運(yùn)行或其他原因，處理后的水質(zhì)不能達(dá)標(biāo)，炭—生物鐵法是在原傳統(tǒng)的生物法的基礎(chǔ)上再加一段活性炭生物吸附、過(guò)濾處理。老化的活性炭采用生物再生。該工藝流程簡(jiǎn)便，易于操作，設(shè)備少，投資低。由于炭不必頻繁再生，故可減少處理費(fèi)用。對(duì)于已有生物處理裝置處理水后不符合排放標(biāo)準(zhǔn)的處理廠，采用炭—生物鐵法進(jìn)一步處理以提高廢水凈化程度也是一種有效的方法。（4）缺氧—好氧（A—O）法用常規(guī)的活性污泥處理煤氣化廢水，對(duì)去除酚、氰以及易于生物降解的污染物是有效的，但對(duì)于COD中難降解部分的某些污染物以及氨氮與氟化物就很難去除。A—O法內(nèi)循環(huán)生物脫氮工藝（圖10），即缺氧—好氧工藝，其主要工藝路線是缺氧在前，好氧在后，泥水單獨(dú)回流，缺氧池進(jìn)行反硝化反應(yīng)，好氧池進(jìn)行硝化反應(yīng)，廢水先流經(jīng)缺氧池后進(jìn)入好氧池。與傳統(tǒng)生物脫氮工藝相比，A—O工藝具有流程簡(jiǎn)短、工程造價(jià)低；不必外加投入碳源等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)也存在著脫氮率不高（85%左右）等不足。圖10A—O法內(nèi)循環(huán)生物脫氮流程圖3．高新技術(shù)處理煤氣化廢水的研究[10]目前，國(guó)內(nèi)在處理煤氣化廢水的新技術(shù)主要有以下幾種：（1）新物化法新物化法是指在常溫下利用廢水中有害物質(zhì)與專(zhuān)門(mén)為處理廢水而開(kāi)發(fā)的藥劑（污水靈）發(fā)生反應(yīng)，經(jīng)過(guò)4次不同加藥處理過(guò)程和處理設(shè)施，最終實(shí)現(xiàn)COD、BOD、NH3-N、SS均達(dá)到排放要求。該技術(shù)最大的缺陷是廢水中有毒有害物質(zhì)只是形態(tài)的轉(zhuǎn)移，另外該技術(shù)的成熟性還需要經(jīng)工程實(shí)踐的考驗(yàn)。（2）HSB法處理焦化廢水HSB（HighSotutionBacteria）是高分子均群的英文縮寫(xiě)。目前國(guó)內(nèi)初步試驗(yàn)得出以下結(jié)論：HSB耐受廢水中有毒有害物質(zhì)性好；處理后污泥少、出水色度好；加堿量為傳統(tǒng)方法的1/3～1/5，運(yùn)行費(fèi)用較低，但對(duì)種菌特性，生存條件、凈化功能尚未完全了解，有待進(jìn)一步研究與實(shí)踐。（圖11）圖11焦化廢水工藝設(shè)計(jì)流程圖（3）三相氣提升循環(huán)流化床處理技術(shù)蔡建安經(jīng)試驗(yàn)研究證明：用三相氣提升內(nèi)循環(huán)流化床反應(yīng)器（AZLR）處理污水比活性污泥法效果好，其處理負(fù)荷高。它對(duì)酚、氰等污染物的耐受力強(qiáng)，去除效果好，并具有較低的曝氣能耗，其COD去除率為54.4%～76%，酚的去除率為95%～99.2%，氰的去除率為95%～99.2%。（4）芬頓試劑處理技術(shù)芬頓試劑對(duì)有機(jī)分子的破壞是非常有效的，其實(shí)質(zhì)是二價(jià)鐵離子加過(guò)氧化氫之間的鏈反應(yīng)催化生成·OH自由基，三價(jià)鐵離子催化劑（芬頓類(lèi)試劑）也能激發(fā)這個(gè)反應(yīng)。這兩個(gè)反應(yīng)生成的·OH自由基能有效地氧化各種有毒的和難處理的有機(jī)化合物。K.Banerjeek等經(jīng)試驗(yàn)證明，采用過(guò)氧化氫添加鐵鹽能有效的減少?gòu)U水中COD濃度。（5）微波與超聲波處理技術(shù)利用微波與超聲波降解水中化學(xué)污染物，尤其是難降解的有機(jī)污染物，是近幾年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新型處理技術(shù)。對(duì)液體而言，微波僅對(duì)其中的極性分子起作用，微波電磁場(chǎng)能使急性分子產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn)碰撞而產(chǎn)生熱效應(yīng)，降低反應(yīng)活化能和化學(xué)鍵強(qiáng)度；在微波場(chǎng)中，劇烈的極性分子震蕩，能使化學(xué)鍵斷裂，故可用于污染物的降解。超聲波由一系列疏密相間的縱波構(gòu)成，并通過(guò)液化介質(zhì)向四周傳播，今年研究表明，包括鹵代脂肪烴、單環(huán)和多環(huán)芳香烴及酚類(lèi)物質(zhì)等都能被超聲波降解。4．煤氣化廢水深度處理[11]經(jīng)過(guò)酚、氨回收，預(yù)處理及生化處理后的煤氣化廢水，其中大部分污染物質(zhì)得到了去除，但某些主要污染指標(biāo)仍不能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，因此需要進(jìn)一步的處理——深度處理，來(lái)使這些指標(biāo)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。（1）活性炭吸附法煤氣化廢水經(jīng)以上步驟處理后COD的去除率效果不是很理想，出水濃度較大，有時(shí)高達(dá)601mg/L左右，很難達(dá)標(biāo)排放，為使廢水達(dá)標(biāo)排放，可使用活性炭降低廢水中COD的濃度。廢水處理中活性炭吸附主要對(duì)象是廢水中用生化法難以降解的有機(jī)物或用一般氧化法難以氧化的溶解性有機(jī)物，包括木質(zhì)素、氯或硝基取代的芳烴化合物、雜環(huán)化合物、洗滌劑、合成燃料、除萎劑、DDT等。當(dāng)用活性炭吸附處理時(shí)，不但能夠吸附這些難分解有機(jī)物，降低COD，還能使廢水脫色、脫臭。因此吸附法在廢水的深度處理中得到了廣泛的應(yīng)用。（2）混凝沉淀法圖12混凝沉淀法設(shè)備簡(jiǎn)圖混凝是給水處理中一個(gè)重要的處理方法?；炷ǎ▓D12）可以降低廢水的濁度、色度，去除多種高分子物質(zhì)、有機(jī)物、某些重金屬毒物和放射性物質(zhì)等，去除導(dǎo)致富營(yíng)養(yǎng)化的物質(zhì)如磷等可溶性無(wú)機(jī)物，并且它能夠改善污泥的脫水性能。具有設(shè)備簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，便于運(yùn)行，處理效果好的優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是運(yùn)行費(fèi)用高，沉渣量大。三、實(shí)例分析（一）魯奇爐煤氣化廢水處理1．水質(zhì)水量魯奇加壓氣化工藝中，氣化1噸煤約產(chǎn)出1.0m3廢水。表3-1表示出各部分水量的百分?jǐn)?shù)，其中主要是燕汽冷凝水和煤本身所含的水分。因此，因不同煤質(zhì)所含水分不同，氣化廢水的量也大不相同。如沈北褐煤含水量為20.7%～22.2%，而小龍?zhí)逗置簞t高達(dá)35.6%，官地貧煤僅0.3%。所以，氣化1噸煤產(chǎn)生的廢水量大致在0.8～1.1%范圍內(nèi)。由于煤氣化廢水實(shí)質(zhì)上都是從煤氣飽和水分中冷凝下來(lái)的。因此，溶解或懸浮有煤氣中的多種成份。廢水中的污染物會(huì)因煤質(zhì)和氣化工藝不同而有所差異但水質(zhì)組分大致相同,特別是酚的組成基本恒定。表1氣化廢水組成表項(xiàng)目煤中含水未分解蒸汽水焦油分離水煤氣凈化水蒸汽冷凝水生成水水量（%）20.013.17.12．生化處理我國(guó)的煤氣化廢水處理，一般也是采用酚氨回收一生化處理工藝，但均不能達(dá)到排放要求，故有的采用三級(jí)處理。3．廢水特點(diǎn)魯奇爐煤氣化工藝成熟，但是煤氣化溫度低，產(chǎn)生廢水成分復(fù)雜。COD高，4000-6000mg/l氨氮高，200-250mg/l總酚800-1000mg/l色度高20000倍溶解性固體高3500mg/l總油200mg/l4．廢水水質(zhì)COD：4500—5000mg/lNH3-N：200-250mg/l揮發(fā)酚：400mg/lpH：9—10色度：20000倍以上（二）魯奇爐煤氣化廢水處理工藝圖13魯奇爐煤氣化廢水處理工藝流程圖結(jié)語(yǔ)現(xiàn)代煤氣化技術(shù)研究開(kāi)發(fā)在IGCC項(xiàng)目的帶動(dòng)下，取得了很大發(fā)展。但制氧成本仍然嚴(yán)重制約著煤氣化技術(shù)的發(fā)展，因此一方面應(yīng)加速高效廉價(jià)的大規(guī)模制氧技術(shù)的開(kāi)發(fā)外，另一方面要注重氧耗低的氣化技術(shù)的開(kāi)發(fā)。應(yīng)充分認(rèn)識(shí)各種氣化技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，發(fā)揮其優(yōu)勢(shì),采用過(guò)程集成概念，實(shí)現(xiàn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)的優(yōu)化。理論分析和已有研究表明粉煤/塊煤雙粒級(jí)進(jìn)料液態(tài)排渣固定床氣化、兩段(多段)進(jìn)料干粉氣流床氣化、流化床部分氣化與氣流床氣化或CFB燃燒集成技術(shù)符合發(fā)展規(guī)律、具有良好的發(fā)展前景。深入研究煤氣化廢水的先進(jìn)處理技術(shù)，既是當(dāng)前經(jīng)濟(jì)建設(shè)面臨的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，也是將來(lái)進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)的重點(diǎn)，只有不斷提高現(xiàn)有處理技術(shù)的處理能力、增強(qiáng)新技術(shù)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)可行性，將各種方法有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，取長(zhǎng)補(bǔ)短才能找到治理煤氣化廢水的最佳方法。其中化學(xué)氧化法具有去除率高，占地面積小、無(wú)二次污染的特點(diǎn)，是煤氣化廢水處理的發(fā)展趨勢(shì)。吸附法和混凝法是煤氣化廢水深度處理的可靠方法，應(yīng)著力進(jìn)行新型吸附劑和混凝劑的開(kāi)發(fā)。參考文獻(xiàn)[1]付長(zhǎng)亮，張愛(ài)民．現(xiàn)代煤化工生產(chǎn)技術(shù)．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.7.[2]賈春友，魏利梅．魯奇加壓氣化工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)．太原：化學(xué)工業(yè)第二設(shè)計(jì)院．[3]楊建，姬鵬霞．汽氧比對(duì)義馬長(zhǎng)焰煤加壓氣化的影響．河南義馬氣化廠，煤化工第三期，2005.6[4]徐京磐，鮑禮堂．流化床和氣流床氣化技術(shù)綜述(上)[J]．小氮肥技術(shù)設(shè)計(jì)，2002,23(1):11-22.[5]候國(guó)良．Shell煤氣化技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用前景[J]．化肥設(shè)計(jì)．1998,36(5):16-19.[6]張東亮．干法進(jìn)料加壓粉煤氣化制合成氣[J].煤化工，1996,77(4):24-30.[7]金承基，劉學(xué)洪，曲善慈，石廣梅.煤氣化廢水的可生化性研究[J]．環(huán)境科學(xué)．1991年06期．[8]季俊杰，王美東，葛麗英，何成達(dá)，王劍．污水生物脫氮除磷技術(shù)研究進(jìn)展[J]．四川環(huán)境2003年04期．[9]何成達(dá)．中小型工業(yè)廢水處理工程工藝設(shè)計(jì)舉要[J]．環(huán)境導(dǎo)報(bào)．1999年01期．[10]曹書(shū)勤，王建旭，劉德汞，張平，王麗．芬頓-粉煤灰協(xié)同處理有機(jī)實(shí)驗(yàn)廢水的實(shí)驗(yàn)研究[J]．信陽(yáng)師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)2011年03期．[11]環(huán)境污染與防治網(wǎng)絡(luò)版論文摘要[J]．環(huán)境污染與防治2011年02期．致謝本論文是在導(dǎo)師孔老師的