煤化工废水处理工艺技术

来源:建树环保 2021-08-14 17:43:58 145

  1、煤化工废水的水质类型与水质

  煤化工行业的工艺路线不同,产生的废水类型也存在一定差异,主要可分为煤制油废水、煤气化废水与焦化废水,废水的类型不同使得废水的水质也不同。

  1.1 煤制油废水

  以废水的浓度差异可以将煤液化废水分为低浓度废水与高浓度废水。前者包括生活污水与不同装置排出的低浓度含油废水;后者则包括煤液化过程中产生的含酚污水、含硫污水。煤制油废水中的主要污染物包括苯系物、多环芳烃、挥发酚、硫化物、油类、氨氮以及COD以及这些物质的衍生物等,煤制油废水的处理难度较大。

  1.2 煤气化废水

  煤气化废水来源于煤气温度的冷却过程,采用循环水将造气炉出口的煤气温度降低,这一过程中煤气中含有的焦油、未完全分解的水蒸气、能部分溶于水或完全溶于水中的有机杂质等与水共同给冷凝,同时洗涤煤气中含有的灰分,进而产生煤气化废水。同时,对煤气予以净化时,除氨、提取精苯、除硫等步骤也将产生部分废水。煤气化废水的制取工艺不同将导致污染物的种类与含量不同,但是煤气化废水中普遍存在的污染物包括焦油、苯酚、甲酸化合物、氨、氰化物以及COD等。

  1.3 焦化废水

  焦化废水中污染物的主要来源于煤干馏煤气冷却过程、煤气净化过程以及精制过程。煤干馏煤气冷却过程中的产生的氨水是焦化废水中污染物的主要来源,总量占到总污染量的50%以上;焦炉中的煤气的净化与冷却过程中产生的废水中含以后较高浓度的洗油、挥发氰以及挥发酚;粗苯与焦油的精制过程中产生的废水的主要污染物包括氰化物、苯以及高浓度焦油,焦油由乳化油、轻油以及重油组成,包含的污染物有酚类、多环芳香化合物如萘、蒽等,含氮杂环化合物如吡啶等。

  2、当前煤化工废水处理工艺

  当前煤化工产业处理废水时采用的处理方式多为预处理+生物处理+深度处理,能够取得良好的处理效果。

  2.1 预处理

  2.1.1 回收酚氨

  处理废水前,先对废水予以脱酚处理,处理过程中普遍采用的工艺是溶剂萃取,萃取剂包括甲基异丁基酮、二异丙基醚等。将含酚废水引入萃取塔上部,采用循环油泵将萃取剂打入萃取塔的底部,含酚废水与萃取剂在萃取塔中部逆流接触后,废水中的酚转移至溶剂油。溶剂油经萃取塔顶进入碱洗塔后与碱发生反应后生成酚盐,溶剂油进入油槽循环使用。萃取法具有操作简便、工艺成熟的优势,且脱酚率较高(可达到80%)、脱氰率良好(50%),还能回收酚盐,且废水中的酚含量不对萃取效果产生过大影响。其缺点则是废水的碱度会对脱酚率造成影响,且萃取剂部分溶于水,需要进一步处理。

  回收废水中的氨时,采用较多的方法是蒸汽汽提,对去除易挥发性物质的作用良好,缺点则是高压高温条件下的设备腐蚀较为严重,能耗较高。

  2.1.2 去除油类物质与悬浮物

  预处理过程中,去除废水中的悬浮物、油类物质时,常用的方法包括混凝沉淀法、气浮法、沉淀法/隔油法。气浮法具有排渣方便、除油效果良好的优势,同时还具有预曝气的作用,但是释放器易发生堵塞,且对能耗的需求略高。预处理焦化废水时,将过滤器加设于气浮装置前能够取得良好的处理效果,且废水中的含油量满足生化处理时对水质的要求。

  2.1.3 预处理难降解的有机物

  煤化工废水中多含有含氮杂环化合物、高浓度分类、多环芳烃等难以讲解的物质,且部分具有生物毒性的有机物也部分溶解于废水中,因此需要对这些废水予以预处理以减小生化处理的难度。对这些难以降解的有机物废水予以处理的过程中可以采用超声波氧化、铁碳微电解、高级氧化等方式破坏难降解有机物的分子结构。

  2.2 生物处理

  废水经过预处理后,采用生物处理的方式对废水作进一步处理,当前对经预处理后的废水处理是,多采用兼氧/厌氧+好氧处理的工艺,能够充分实现难降解有机物的开环进而降解,同时通过强化硝化反硝化作用将废水中的氨氮予以处理。对传统的活性污泥法予以改进以提升生化系统的难降解物质去处理受到关注,当前多采用的方式包括新型生物膜反应器(生物流化床反应与移动床生物膜反应器等)与投加化学药剂或高效微生物(活性炭-活性污泥法、生物强化法)等。

  2.2.1 移动床生物膜反应器

  移动床生物膜反应器处理的关键在于采用密度与水类似的生物填料,这种填料稍微搅拌后能够自由移动,能够运用于生化处理前端高负荷处理COD,也能运用于生化处理的后端处理氨氮。采用移动床生物膜反应器处理废水的优点是氨氮、有机物的脱除效果理想,具有较强的抗冲击负荷能力,且占地面积更小的优势,但是缺陷则在于对工程运行管理、载体流化性以及反应器的设计要求均较高。

  经移动床生物膜反应器处理后的废水中的COD的去除率可达到80%以上,氨氮与氰化物的去除率在90%以上、酚的去除率在90%左右。将高效脱氮菌强化系统接种于移动床生物膜反应器中能够显著提升脱氮效率,有研究证实脱氮率可接近100%。

  2.2.2 生物强化

  生物强化技术的思路为将经过基因技术培育的高效工程菌种或自然界筛选的优势军中加入到生化处理系统中以提升该生化处理系统的处理能力,提升系统中某类或某种物质的去除效率。已经有研究成功分离出一些功能微生物运用于降解煤化工废水中的难降解物质,并经过对比实验发现固定化的微生物的降解速度显著高于游离微生物。

  采用生物强化技术能够将多数难以降解的酚类物质转变为易于生物降解的物质,有研究证明生物强化技术对提升废水中的氨氮、TP、COD的去除率作用明显,且加入的菌种能够在菌群中占有优势地位。

  实际应用时,污泥的沉降性能、水质条件等都将影响生物强化技术的应用效果,工程实践过程中也是同时存在失败与成功的案例。有工程为了提高焦化废水处理场的生物系统的氰化物去除率,扩大培养具有降解氰化物的微生物与酵母菌,将其加入流化床生物反应器中,但是实际运行中发现其氰化物的去除率不理想,原因则包括废水中有机物含量不足、氰化物降解速率不高、菌胶团的沉降性能不理想等。钛钢焦化厂将生物酶制剂加入生化好氧池、缺氧池等中,提高了整个生化系统中的微生物抗毒能力,特别是耐氰化物、抗盐能力得到明显提升,提高了废水中难以降解、催化的有机物净化率,也对生化系统中的微生物群落进行了优化。经过试运行发现,经过生物强化后,生化系统的泡沫含量得以降低,进水COD在1500mg/L时,出水COD含量在100mg/L,系统内污泥量较少,整体运行较为稳定,运行成本也较为理想。

  2.3 深度处理

  对废水作预处理与生物处理后,废水中的污染物质包括酚类物质、氨氮以及COD等的浓度已经显著下降,出水中仍含有部分难以生物降解的物质,仍未达到废水的回收、排放标准,因此需要对出水作深度处理以保证出水水质达标。

  2.3.1 絮凝法

  深度处理时的方法包括传统的物理/化学技术如絮凝法、吸附法以及新型化学处理技术如高级氧化、电化学氧化等。经研究发现絮凝法处于最佳工艺条件下对COD的去除率为27%~32%;零价铁工艺的COD去除率为43.5%左右,两种处理工艺的处理效果均较为有限,采用掺硼金刚石膜电极BDD对焦化废水的生化出水予以处理,发现BDD电极的矿化物矿化率接近100%,且碱性或自然条件下,能够彻底去除生化出水中残留氨氮,具有良好的处理效果,是建设与运行成本较高且操作较为困难。

  2.3.2 絮凝剂的种类

  絮凝法的优势在于泛用性极强,处理成本也不高,因此得到了国内外的一致认可,得到了广泛的使用。从絮凝剂的种类上看来,可将其分为金属盐类絮凝剂以及高分子絮凝剂,高分子絮凝剂中又包括微生物絮凝剂、无极高分子絮凝剂以及有机高分子絮凝剂等多个种类。

  2.3.2.1 有机高分子絮凝剂

  有机高分子絮凝剂的成本低,其毒性较小,且具有广阔的pH工作范围,有机高分子絮凝剂对无机物、有机物均具有良好的净化作用。有机高分子絮凝剂又可以分为天然有机高分子絮凝剂、改性有机高分子絮凝剂与合成有机高分子絮凝剂,天然有机高分子絮凝剂的优势在于无毒,价格低廉,因此受到广泛关注,但是其产量较低,在全部有机高分子絮凝剂的产量中约占20%。聚丙烯酰胺(PAM)是合成有机高分子絮凝剂的代表,PAM的分子量分布于50万~600万区间内,容易分解,该类絮凝剂容易残留单体PAM而导致存在一定的毒性,因此其使用范围受到一定限制。随着对PAM研究的不断深入,淀粉-聚丙酰胺共聚物随之产生,经过改性处理的天然有机高分子絮凝剂克服了原本的易分解、电荷密度低、分子量小的缺点。

  2.3.2.2 微生物絮凝剂

  微生物絮凝剂是第三类絮凝剂,微生物絮凝剂的优势在于脱色效果理想,安全无污染,无毒性,且其来源较为广泛。但是其缺陷则在于性能差,用量大以及成本较高,由于技术尚未成熟的缘故,当前多用于实验研究。

  2.4 膜分离技术

  当前人们处理工厂废水、生活污水时,开始采用膜生物反应器(MBR)进行处理,通过该技术能提高尽可能回收污水中的有效物质,净化废水,且能有效节省能源,可以说是污水处理中的朝阳产业,具有广阔的发展前景。

  双膜技术(超滤膜与反渗膜)成为国内外工程化应用、研发的热点,经超滤去除进水中的有机物与浊度,能够明显延长膜的寿命,进而减少运行成本。反渗膜去除进水中的有机物、COD作用明显,还能取得良好的脱盐效果,将降低COD含量、脱色与脱盐同时完成,因此提升了处理效率与处理效果,出水可直接作为生产循环用水。

  3、结语

  从我国的发展特点与能源结构看来,煤炭仍是我国的重要资源,煤化工废水的处理始终是煤炭行业需要重点关注的工作,也具有广阔的发展前景。需要将煤化工废水处理与煤炭产业发展更为深切而系统地整合,以煤化工废水处理技术为平台建立起煤炭产业循环经济和可持续发展的新道路,建立起产业整合、生态良好、循环发展的新路径。

  广东建树环保科技有限公司是一家专业从事工业废水处理、工业废气处理和环境修复的环保设备研发与销售服务的企业。为工业企业和市政工程等项目提供工业废水处理、工业废气处理、有机废气VOCs处理的一体化解决方案,从“工程设计”、“工程承包”、“设备采购”、“安装调试”、“耗材销售”、“运营管理”、“环评办理”等环节提供专业的差异化服务,联系电话:135 5665 1700。

专业技术咨询
135 5665 1700