碎煤加压气化废水的处理工艺及技术进展

2023-02-18

煤制天然气的生产最常用的技术就是碎煤加压气化技术, 我国煤炭资源丰富, 原煤中蕴含的甲烷等燃烧性气体含量高, 相应地, 污染物的成分也很高, 例如煤气化废水酚、氨等, 普通的化工工艺无法彻底处理, 目前利用的是化工分离和生化处理的手段最为常见。

煤气化废水产生于煤气化炉, 在煤制天然气的生产过程中所产生的废水, 其作用是洗涤、冷凝、和分馏原煤中存在的多种废物成分, 例如溶解或悬浮的无机污染物 (硫化物、铵盐、氰化物等) 、有机污染物 (焦油、多环芳香族化合物等) , 这一类杂质在煤炭工业处理上很常见, 突出的特点是浓度高、难分解、有毒, 生化处理也无法完全讲解, 这种被称之为“有机废水”, 一旦处理不当就会严重污染地下和地表水, 对环境造成巨大的伤害。

1 碎煤加压气化废水概述

目前国内采取的煤气化技术中, 主要的工艺有三种, 分别为:煤浆气化工艺、粉煤气化工艺和碎煤加压气化工艺, 其中, 以碎煤加压气化技术所产生的废水最难处理。

利用碎煤加压气化制造煤气产品 (煤气、人工天然气等) , 主要的设备是鲁奇炉, 德国鲁奇公司在上世纪三十年代就开发出来了这一技术, 目前也是世界上利用最多的工艺技术。这一技术很显然存在落后的问题, 但由于生产成本很低, 依然被广泛采用。通过鲁奇炉工艺进行的碎煤加压气化产生的废水构成成分复杂, 水质外观、状态、气味等物理性质状况很差, 由于无法很好的清洗排除, 大多数煤气废水中还带有焦油等物质。

从外观上识别判断碎煤加压气化所产生的废水并不困难, 相比其他的废水, 颜色主要表现为深褐色、浓度大, 这些废水不经过任何处理就排放到自然环境中, 需要很长的时间才能够净化, 而且这是在毒素稀释的基础上发生的, 一些有机物永远不能被降解。而目前我国所有的煤气化工厂所排放的污水, 都严重超过国家颁布的排放标准, 在近年来的内蒙、山西等地, 出现过大量的非法排污现象。

简单地说, 碎煤加压气化废水的危害有四个方面:

首先, 碎煤加压气化产生的废水中含有大量有机物, 排放到河流中会大量消耗水中的溶解氧, 造成水生物的窒息死亡;其次, 废水中含有氨氮氧化生成的亚硝酸盐, 进入自然环境之后, 对人类和其他动物的血液有毒害作用, 降低血液的输送氧能力, 同时亚硝酸盐也是公认的致癌物质;再次, 废水排入河流之后会造成水体变成富营养化, 有机物会粗使藻类过度生长, 形成“绿潮”“红潮”等水质恶化现象, 极难清理;第四, 废水中大部分无知都能够和水体中的氯元素反映, 形成毒素。

综上所述, 碎煤加压气化技术中, 所产生的废水是具有很大危害的, 必须经过彻底的处理才能够排放, 尤其是大量有毒的物质, 混合在地表水中, 人活动物误饮用之后会造成氰化物中毒, 在短时间内造成死亡事件;通过时, 有机污染物中含有的各种毒素也是强烈的致癌物质。

2 现阶段废水处理存在的问题及分析

国内很早就开始研究关于碎煤加压煤气化产生的废水处理问题, 根据国内的处理现状, 废水中的总酚质量浓度约为1000-1500mg/L, 远高于设计值, 对后期的污水处理难度提升了很多, 主要的问题在于, 原设计流程中废水的第一个处理步骤是提脱酸气, 然后通过萃取的方法脱离酚类, 最后经过蒸胺处理之后, 进行生化处理作业。

但是, 脱酸之后的煤气水呈现高碱性, 在萃取脱离酚酞效果的方面表现很差, 联合生产被这一步骤的影响, 造成产量减少。

通过流程分析原因, 不难发现主要是脱酸塔存在的问题, 酸性气体无法彻底的脱离废水, 最终形成了铵盐结晶, 如此一来, 整个系统就戛然而止。

通过实例进行说明, 当前我国鲁奇炉工艺下所进行的碎煤加压汽化污水处理中, 云南解开采用的是气浮之后, 经过AO接触氧化、凝结沉淀、臭氧氧化等一系列过程;而山西天脊所采用的化工工艺也较为类似, 但重点突出的是除酸流程;河南义马气化采用的污水处理工艺中, 流程与前两个存在秩序差别, 首先经过水解酸化和SBR, 进而在进行接触氧化、气浮和过滤过程。这也与山西潞安集团采取的方法很想, 不同的, 后者在水解酸化之后采用的是HCR, 这两个步骤重复进行多次, 最后进行沉淀凝结;中煤龙化公司采用的工艺, 最终加入了曝气生物滤池。

3 碎煤加压气化废水处理工艺综述

要进行煤气化废水处理工作, 就先要弄清楚煤气化废水的性质和特点。经过以上的分析, 不难发现在处理工艺上, 重点要考虑如何解决有机污染、有毒无知等部分, 而这些物理方法和化学方法的手段收效甚微, 采用生物处理方法是不二选择, 尤其是对废水中的氮类和氨类的处理。通过以下的路线方式选择:

3.1 废水的预处理

废水的预处理主要是物理和化学手段, 为后续的生物处理奠定基础。一般会采用隔油沉淀取出油类物质, 例如原煤中的乳化物、皂化物等, 其次是大连高分子芳香烃类无知以及其他杂物。

3.2 生化处理

生化处理主要解决掉废水中的COD、酚类、氨类和氮类物质, 生化处理也可以降解掉大多数有机物。

3.3 水解酸化

针对碎煤加压气化技术产生的废水, 酸化处理时是解决有机物的最好办法, 利用水解酸化提高B/C比例, 同时酸化过沉重可以抑制大分子有机物的溶解, 降低水体毒性, 为后续好氧生化奠定基础。

3.4 好氧生物处理

所谓好氧生物处理方法, 是指利用好氧微生物, 在提供氧气存在的条件下 (一般存在固定的比例) , 进行生物代谢以降解有机物, 使其稳定、无害化的处理方法。这种方法适用于当前大多数有机废水处理, 好氧工艺具备处理能力强、氨氮去除性能好等特点, 主要的方法有一下几种。

3.4.1 SBR工艺

SBR (Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process) , 序批式活性污泥法, 是一种典型的好氧生物处理方法, 包括该型工艺的运用, 可以实现较为理想的时间分割操作和空间分隔操作。SBR的操作方法很简单, 操作过程中可以保留间歇事端, 循环式无激发工艺, 可以独立运行并循环使用。

3.4.2 A2O工艺

A2O也被称之为“厌氧缺氧好氧”法, 这是典型的三个步骤, 通过厌氧、缺氧、好氧的顺序进行, 实际上, 这也是一种同步去除氮磷的工艺。在三种步骤不断的交替作用下, 废水中的丝状菌不能够反之, 降低了污泥膨胀率。

3.4.3 深度处理

污水在预处理和生化处理之后, 还会保留一部分难降解的污染物, 但这些污染物主要悬浮在水体中, 需要深度处理才能够彻底解决。目前国内所采用的深度处理方法主要有:微絮凝沉淀、活性炭吸附、膜处理等。

4 结语

随着我国工业的发展, 对社会经济做出了巨大的贡献, 相应地, 也对我国的环保事业提出了挑战。

碎煤加压气化技术的运用, 在一定程度上实现了能源形式的转换利用, 作为世界上最大的煤气化工国家, 很显然在污水处理方面更应该做到先进的程度;目前, 碎煤加压气化废水的处理, 是影响水系统环境最顽固的污染问题。要彻底解决这一环境问题, 就必须在经济发展和环境保护中做出平衡选择, 一方面完善治理理论, 研究新的工艺和技术, 另一方面提高废水的综合治理和利用能力, 实现可持续发展。

摘要：目前, 依赖着丰富的煤炭资源, 我国已经形成了全球最大的煤制天然气产能, 为国内经济发展提供了必要的能源保障;但同时, 煤化工产业的现阶段技术并不先进, 在水污染和环境容量方面缺乏生态行, 严重影响这自然环境和煤化工产业本身。本文从实际需求出发, 研究效果更好、工艺稳定、成本更低的碎煤加压气化废水的处理方法。

关键词：碎煤加压,废水处理,气化工艺,生化处理