煤化工废水处理及资源化利用研究现状.pdf

第 卷第 期 年 月应 用 化 工 .收稿日期:修改稿日期:基金项目:住房和城乡建设部委托课题()作者简介:李启辉()男河南原阳人高级工程师硕士从事煤炭资源综合利用及环保工程设计 电话:.煤化工废水处理及资源化利用研究现状李启辉(中煤科工集团南京设计研究院有限公司江苏 南京)摘 要:概述了煤化工废水的来源、性质包括含盐废水和有机废水分析了煤化工废水的影响废水中含有吡啶、喹啉、脂类等有害物质不易降解不仅会造成环境污染还会造成水资源浪费 分析了国内外处理技术及回收利用工艺:含盐废水中的低盐废水采用“预处理 双膜法”两段式工艺处理浓盐废水采用“预处理 膜浓缩”处理高盐废水采用自然蒸发、机械蒸发等工艺处理有机废水处理经历预处理、生化工序、深化处理三个过程 综合分析了废水资源利用方法及改进措施煤化工废水可用于水煤浆制备、结晶盐分离回收、高温废水余热回收、循环水利用等 同时煤化工废水处理技术存在回收率低、处理效果不好等问题需要不断开发新技术促进煤化工产业更好更快发展关键词:煤化工废水处理回收可持续中图分类号:文献标识码:文章编号:()(.):.:“”“”:.:煤化工产业是煤炭加工利用的重要内容然而煤化工产业发展过程中伴随着水资源浪费和环境污染等问题 我国煤化工产业吨产品耗水超 以上在全球资源紧张的严峻形势下煤化工废水处理迫在眉睫在“十四五”期间我国生态环境领域科技创新面临新的挑战一是生态环境监测多污染物协同综合防治技术水平尚无法支撑更高效率、更加精准地做好污染防治攻坚战二是常规污染物和新污染物问题叠加环境健康和重大公共卫生事件环境应对等研究需要加强三是生态环境新材料、新技术整体处于跟跑阶段新技术与生态环境领域融合不足等第 期李启辉:煤化工废水处理及资源化利用研究现状生态治理要以生态文明思想为指导落实“共抓大保护不搞大开发”指示精神以改善水环境质量为目标统筹推进“控源截污、清淤疏浚、调水引流、环境整治、生态修复”综合整治全面提升流域水环境质量 根据煤矿产业“十四五”现代煤化工技术经济蓬勃发展引导建议预计到“十四五”末我国煤制油生产能力将达到 万/煤制气生产能力将达到 亿/煤制烯烃生产能力将达到 /煤制乙二醇生产能力将达到 万/煤化工在我国依然保持着强有力的发展势头 因此本文将阐述煤化工废水的来源、性质、影响、处理技术及资源化利用途径等方面 煤化工废水资源的回收利用对改善水环境推动我国煤化工行业朝环保、可持续方向发展意义重大 煤化工废水的来源及性质.煤化工废水的来源煤化工以煤炭为原料化学加工成燃料及化学品分为传统型与现代型 传统型煤化工主要涉及煤焦化、焦炉气、煤焦油等领域现代型煤化工主要是通过气化、液化等方式将煤炭转变为化工产品见图 煤化工生产包括液化、气化、洗涤、冷凝、分馏等诸多环节上述环节用水量大(图)不可避免地产生液化废水、气化废水等图 传统煤化工与现代煤化工产业链.图 煤化工行业用水占比.煤化工废水的性质煤化工废水污染物含量高有害物质多不容易降解按照污染物的不同主要分为含盐废水与有机废水二者主要区别是含盐废水中的盐含量远高于有机废水 有机废水主要来自煤化工生产过程中的煤气化装置废水主要包括酚类、酯类、烷烃、多环芳烃以及吡啶、喹啉等杂环类物质废水中的有机物含量见表 含盐废水主要来自煤化工生产过程中的循环水以及脱盐水系统中表 煤化工有机废水含量 有机物质量分数/浓度/()吲哚.吡啶.甲基苯酚.苯酚衍生物.苯甲酸.喹啉.苯酚.有机废水主要来自煤气化过程煤气化是以煤为原料经过气化炉生成合成气(和)的过程具体反应过程见式()气化过程生成氨、硫化氢、金 属 化 合 物 气 和 反 应 生 成 少 量与 反应生成 上述物质大部分溶解于气化洗气水 ()煤化工含盐废水成分复杂多样 包含、等无机离子含盐量 具体含量见表 含盐废水中总硬度 /含量 /该废水盐含量高硬度大污染物含量多如不处理直接排放则对环境危害较大同时难以回收利用表 煤化工含盐废水含量 项目含量/()()()总硬度 总固体 悬浮物 溶解固体 煤化工废水的影响中华人民共和国环境保护法中针对煤炭化工废水排放指标要求见表 应用化工第 卷表 典型煤气化废水主要指标及排放限值 污染物项目直接排放/()间接排放/()值 悬浮物()挥发酚.多环芳烃.氨氮 煤化工废水主要分为煤制气废水、煤制油废水、煤制焦废水三类.煤制气废水煤气化废水源自煤气发生炉过程含氨氮、酚类、石油类、氰化物、硫化物等 煤制气废水中污染物含量多、毒性强、可生化性差处理负荷要求高单纯通过自然降解难以实现既定要求而处理不当则会给当地生态造成极大危害同时损害人体健康 朱昊等研究煤制气废水厌氧处理技术构建了、和厌氧流化床等系统用于煤制气废水的处理使污染物去除率提升.煤制油废水与煤制气废水相比煤制油排放废水中油含量低、排放量大、悬浮物浓度低、含盐量少通过生物法难以实现降解.煤制焦废水煤制焦废水产自在炼焦过程中 且排放的、氨氮量相当大 焦化废水中污染物浓度范围变化大且容易受煤质和工艺影响同时水中含有大量酚类氨氮等有毒物质常规方法难以实现有效处理 煤化工废水的处理技术含盐废水与有机废水最大的区别是含盐量的不同因此在煤化工废水处理需要结合含盐量来采取对应的处理技术.含盐废水处理含盐废水的处理分为以下 类处理技术见图 图 煤化工含盐废水处理技术.低盐废水处理煤化工产业中排出的低盐废水治理流程简单“预处理 双膜法”两段式工艺是常采用的方法 预处理保证双膜在沉淀与过滤阶段达到进水要求双膜实现脱盐双膜脱盐后的废水 含量在 /以下 氨氮含量在/以下水质纯净可循环使用 韩超等采用 工艺处理废水废水处理水平提高 闻晓今等采用超滤结合反渗透工艺“反渗透 双膜法”废水可以实现 以上的回收利用.浓盐废水处理煤化工过程中产生的含盐量较高的废水与低盐废水处理产生的废水混合后成为浓盐废水 浓盐废水污染物含量与含盐量较高目前主要采用“预处理 膜浓缩”方法将废水中的盐分浓缩提高降低后续蒸发结晶脱盐工艺的投资与成本 等通过建立膜生物反应器复合粉末活性炭()系统处理废水减少膜浓缩压力有效缓解膜堵塞污染物去除效果显著.高盐废水处理煤化工生产过程中的反渗透浓缩水、脱硫废水与浓盐水处理过后的废水混合后为高盐废水 高盐废水含盐量高达 /含量在 /目前主要采用蒸发处理 自然蒸发是利用太阳能在蒸发塘中蒸发结晶 机械蒸发按使用的能量、设备、流程的不同可分多效蒸发、多级蒸发、机械压缩蒸发其中机械压缩蒸发工艺综合能耗最低并且适用于无蒸汽来源的工厂 康群等对高盐废水处理时研究发现在含盐量低时 去除率稳定 在含盐量高于 /时 去除效果不佳 等研究表明 耦合工艺处理成本低且能源利用高.有机废水处理有机废水处理阶段需要经历预处理、生化工序、深化处理三个过程处理过程见图 预处理主要作用是回收处理废水中的 和 同时进一步降低废水中的油含量为生化工序做好前期准备在生化处理中通过微生物降解废水中的酚类化合物 在深度处理中通过吸附、沉淀与膜分离方法处理污染物含量较高的废水实现污染物的控制分离图 有机废水处理过程.第 期李启辉:煤化工废水处理及资源化利用研究现状.预处理 预处理通过对废水进行初步处理从而净化废水当中的污染物 等采用膜蒸馏与预混凝的方法在预处理后再用膜蒸馏法脱盐其脱盐效果显著.生化处理生化处理利用微生物实现对有机物的降解现有的工艺包括/厌氧/缺氧/好氧活性污泥法、/生物脱氮工艺、移动床生物膜反应器、序批式活性污泥法 宋涛等采用生物脱氮工艺(/)处理焦化废水并增加 氧化处理工艺结果表明处理水达到排放标准且运行成本减少.深化处理生化处理过后的废水污染物含量仍较高或不符合排放标准时深化处理阶段采用吸附、沉淀与膜分离配合使用臭氧氧化、化学氧化进行处理 陆曦等采用臭氧耦合过氧化氢法处理煤化工废水有机物去除效果显著且废水毒性降低李长海等采用正交实验与单因素实验处理含盐废水处理 废水 去除率最高 煤化工废水的资源化利用途径.水煤浆制备煤化工废水 含量高难以实现生物降解因此可选用资源回收利用的方法处理煤化工废水姚彬等采用煤化工废水替代部分制浆水制备水煤浆新鲜水与废水的掺配比例为 制备的水煤浆固含量.、值.水煤浆粒度分布合理结果表明掺配不同种类的煤化工废水制备水煤浆可减少废水处理量、降低废水处理成本、实现煤化工废水的资源化利用.结晶盐分离回收煤化工废水处理过程中产生的污水及剩余高盐分废水处理难度进一步增大 河源电厂开发“多效蒸发结晶 二级预处理”实现废水中盐分和污泥完全分离处理过后的结晶盐与水泥、石灰等一些固化料和污泥按一定比例混合制作成污泥达到砖的行业标准成功实现了废水的资源化利用 姜兴涛等选用蒸发塘处理煤化工浓盐水采用分级蒸发方式处理浓盐水回收结晶盐该方法处置成本低、运行可靠性高、使用寿命长 阳煤太化新材料项目通过分质结晶技术对生化废水二次提纯得到纯度高的结晶产品.高温废水余热回收现代煤化工废水处理系统核心生化单元主要依靠微生物的作用去除 和 发挥作用的微生物多属嗜温菌其适宜温度为 超出该温度范围会抑制微生物活性甚至造成微生物的死亡 煤化工气化单元某些工艺废水温度较高导致进入生化处理单元的进水水温 严重抑制了微生物的活性 针对高温废水的问题李金峰等研发了一种中高温废水余热发电热风塔装置利用高温废水的效能发热发电与同等规模的太阳能烟囱相比中高温废水余热发电热风塔装置的建造成本可降低 唐浩杰以废水处理工艺产生的剩余污泥为原料制备污泥炭载纳米 强化煤化工废水的厌氧降解结果表明煤化工废水 去除率和总酚去除率分别提高了.和.脂肪酸产量下降对厌氧降解废水中的有机污染物效果显著.废水循环利用煤化工废水可以通过氧化或生物降解的方法实现煤化工废水的循环再利用 莫竞瑜等研究了一种煤化工废水的循环利用装置通过生物降解池中的生物填料降解煤化工废水中的有机污染物与活性污泥相比生物填料的生物负载量更大微生物稳定性更强可提高有机污染物的处理能力提升煤化工废水的循环处理能力并实现对煤化工废水的循环利用 杨建荣等研发了一种具有主处理单元与辅助单元的煤化工气化循环水的处理系统解决气化循环水系统硬度和硅污染的问题同时也可解决气化污水处理、污水回用中硅和硬度含量高造成系统结垢的问题保证系统长周期稳定运行延长设备的使用寿命 存在问题及结论煤化工过程中的主要问题是水资源消耗高以及废水处理难对煤化工过程中的废水处理既可以解决废水污染问题又可以将废水处理以后资源再利用解决水资源消耗太高的问题 但在实际处理当中“预处理 双膜法”处理废水回收率不高:自然蒸发效果不佳高浓盐水难以蒸发蒸发需求高蒸发池难以承受机械蒸发的蒸发器传热面容易结垢此外含盐卤水蒸发过程中腐坏装置破坏严重 有机废水处理过程中生化处理工艺能耗较高而在深度处理的吸附过程中吸附原材料再生困难或是不容易二次利用污染物处理不彻底煤化工废水的处理技术及发展方向如“预处理 膜浓缩”处理低盐废水、蒸发结晶处理浓盐水、生化处理有机废水、废水制备水煤浆和结晶盐是推动煤化工产业全面绿色发展的有效手段 现阶段处理技术虽然已较为成熟但部分工艺仍存在可拓新、可优化的发展空间未来的煤化工废水发展可集中以下方面:水煤浆制备发展成熟可以拓展掺杂制备水煤浆的废水种类以及掺杂比例更好实现废水的资源利用探究废水资源利用的新方法、新思路减应用化工第 卷少废水产出量提高出水水质进一步优化煤化工生产技术降低废水污染物含量以及水资源利用大力发展煤化工浓盐水处理技术可采用预处理、化学软化处理降低浓盐水当中的离子、分离水中杂质结晶盐纯化处理对煤化工废水处理技术的改革和创新具有重要的意义 因此改善煤化工废水的技术应用现状、提高技术应用效果有助于减少其对人体健康的损害并提高水资源利用率从而改善生态环境参考文献:张梦妮程敢李玉龙.生物柴油的制备及其在浮选中的应用进展.洁净煤技术():.王义兵张江涛焦涵宇等.火电厂节水与废水治理技术路线制定方法.热力发电():.梁凌吕洲许琦等.火电厂废水处理与分质分量梯级利用研究.水处理技术():.姜忠义李玉平陈志强等.煤化工废水近零排放与资源化关键技术研究与应用示范.化工进展():.王海娟程敢.常见煤泥脱水技术研究进展.选煤技术():.庄海峰袁小利韩洪军.煤化工废水处理技术研究与进展.工业水处理():.侯文杰张彤.煤化工废水处理中的“零排放”技术应用研究.山东化工():.聂明韩向红袁国光.煤化工水处理工艺常见问题探讨.煤炭加工与综合利用():.杨怀彬.煤化工企业污水处理站工况波动原因分析及对策.河南化工():.金鹏康宋利任武昂.城市污水处理过程中不同形态氮类营养物的转化特性.环境工程学报():.何玉玲褚春凤张振家.高浓度煤气化废水处理技术研究进展.工业水处理():.李建军.煤化工废水“零排放”技术与制约性问题分析.世界环境():.齐亚兵张思敬杨清翠.煤化工高含盐废水处理技术研究进展.应用化工():.张文林长喜彭永臻.现代煤化工废水近零排放技术集成与优化建议.环境工程():.王硕.煤化工废水零排放技术要点及问题的处理.化工设计通讯():.郑发元.新型煤化工废水零排放技术存在的问题与解决思路.化学工程与装备():.李锐焦瑞峰李娅芸.现代煤化工企业废水零排放技术研究.陕西水利():.宋斌王惠.煤化工项目废水零排放及含盐废水处理技术.化工设计通讯():.李志强王存军杨志怀等.新型煤化工废水零排放技术问题与解决思路.智能城市():.李艳芳.煤化工项目废水零排放及含盐废水处理技术分析研究.山西化工():.吴限.煤化工废水处理技术面临的问题与技术优化研究.哈尔滨:哈尔滨工业大学:.张磊.煤化工废水处理工艺.山西化工():.王文君.煤化工废水处理工艺.中国化工贸易():.冯金龙.煤化工废水处理技术研究.中国化工贸易():.朱昊李双涛刘汉飞等.煤制气废水厌氧处理技术研究进展与机理解析.工业水处理():.解炜陆晓东麻荣福等.气化残渣基活性炭在煤化工废水处理中的应用.煤质技术():.范志楷.煤化工废水处理技术应用研究.化纤与纺织技术():.丁朋晓张连英陈文波.含酚废水处理现状及进展.甘肃科技():.韩超叶杰旭孙德智.法深度处理煤气废水.环境科学研究():.闻晓今周正魏钢等.超滤纳滤对焦化废水深度处理的试验研究.水处理技术():.().:.康群马文臣许建民等.高盐浓度对工业废水生化处理的影响研究.环境污染治理技术与设备():.:.齐亚兵张思敬杨清翠.煤化工高含盐废水处理技术研究进展.应用化工():.马学成孟凡凯.煤化工废水资源化回收及深度处理技术.化工管理():.:.宋涛王玉雷吴玉红./生物脱氮工艺在焦化废水处理中的应用.山东冶金():.陆曦于杨沈丽娜等.臭氧耦合过氧化氢预处理褐煤气化废水的研究.工业水处理():.(下转第 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