基于煤制甲醇廢水的生化處理工藝研究

安恩政 何仙平

摘 要：近年來，隨著社會的發(fā)展，我國的經(jīng)濟發(fā)展也有了改善。我國的能源結構現(xiàn)狀是“貧油、少氣、多煤”，以煤為原料生產(chǎn)各類下游產(chǎn)品對我國經(jīng)濟發(fā)展和國家能源安全尤為重要。隨著環(huán)保理念的深入，煤炭的潔凈化利用技術逐漸引起了人們的關注。甲醇不僅是重要的有機合成化工產(chǎn)品原料，而且深加工后可作為新型清潔燃料，是煤炭清潔高效利用的有效途徑之一。

關鍵詞：煤制甲醇廢水;生化處理;工藝研究

1 引言

現(xiàn)代煤化工是以煤為原料，經(jīng)過一系列化學過程，將煤轉(zhuǎn)化為各類燃料和化工產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)，其產(chǎn)品可替代石油化工產(chǎn)品。煤氣化作為煤化工的龍頭產(chǎn)業(yè)，主要產(chǎn)物為CO和H2，在生產(chǎn)過程中需使用大量的水，并產(chǎn)生大量的廢水。為了處理好節(jié)水減排和環(huán)境保護的問題，煤氣化企業(yè)從工藝裝置節(jié)水、工業(yè)用水重復利用、給水和廢水處理技術等方面進行了節(jié)水再利用。以煤制甲醇為例，生產(chǎn)1t甲醇耗水約20t，產(chǎn)生的廢水主要有灰水、變換冷凝液和甲醇廢水。煤制甲醇廢水中含有較高的氨氮、COD類有機物、有永久硬度或暫時硬度的無機物，成分復雜，且其成分隨著煤質(zhì)及工藝的不同還會發(fā)生較大的變化，將其處理后排放。

2 對煤制甲醇工藝技術整體性分析

煤炭是我國重要的能源，其含氧，含碳量高，也是很多化合物的重要提取原料。將煤炭作為原料來備制甲醇，整個工業(yè)化過程的危險系數(shù)高，流程復雜，要經(jīng)過煤氣化技術，甲醇轉(zhuǎn)化以及酸性氣體脫除等過程，難度大，也存在安全風險。在所有的工業(yè)生產(chǎn)過程中，煤氣化氣體的酸性位置脫除，空氣合成以及甲醛合成過程對生產(chǎn)產(chǎn)物的精度有直接影響，加強煤氣化技術，也是保證甲醛生產(chǎn)質(zhì)量的關鍵。煤氣化技術的建設發(fā)展煤氣化技術最早起源于西方，經(jīng)過長時間的技術研究，BGL氣化技術得以出現(xiàn)，該技術能減少資源消耗，和廢水排放量，極大程度地利用原材料中的碳氧成分。BGL技術也源于Lurgi氣化技術，因為其副產(chǎn)物少，轉(zhuǎn)化流程少，因此也得到了工業(yè)企業(yè)的認可，逐漸替代了Lurgi技術。隨著現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展建設，德士古加壓、Shell干粉等工藝技術也逐漸發(fā)展，被廣大的工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)所利用。

3 工藝特征

SBR技術具有顯著的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在以下幾個具體方面：一是工藝簡單，前期投入少。SBR工藝的運行方式為進水、反應、沉淀、排水、備用等環(huán)節(jié)，通過運行方式優(yōu)化，實現(xiàn)間歇有序運行。整個過程非常緊湊，內(nèi)容相對簡單，不需要特別復雜的管道傳輸即可輕松實現(xiàn)。其次，對不同水質(zhì)類型有一定的適應性。整個SBR工藝技術的實施有五個主要階段。不同階段的運行時間和混合料的體積變化將根據(jù)氣化廢水的性質(zhì)、流量和出水量進行調(diào)整。與此同時，時機將更加靈活。三是有機物去除率較高。SBR工藝對有機物有較高的去除率，還具有良好的靜態(tài)沉淀效果，可以很好的完成沉淀任務;四是不容易出現(xiàn)污泥膨脹。在SBR工藝技術的實施過程中，系統(tǒng)大部分時間處于待機狀態(tài)。這個階段污泥將被吸入內(nèi)院，產(chǎn)生的污泥量相對較小，不易出現(xiàn)膨脹問題。五是除氮除磷效果突出。SBR工藝廢水處理將經(jīng)歷好氧、厭氧、厭氧階段、硝化、反硝化等過程，提高污泥活性;第六，有利于中水回用技術的實施。在工程設計過程中，可按處理水的要求對中水進行管理。工藝過程包括物物化學和生化兩個重要階段。根據(jù)廢水來源的不同，可以采用不同的工藝，達到不同的處理效果。

4 基于煤制甲醇廢水的生化處理工藝研究

4.1 氣體凈化技術

由于氣化原料煤特性決定了氣化及CO變換后，生成的粗合成氣中會含有H2S、CO2和有機硫等對合成甲醇催化劑有害的物質(zhì)，為了保證合成甲醇催化劑的活性及穩(wěn)定性，必須對粗合成氣進行凈化，去除有害物質(zhì)。目前合成氣凈化普遍采用技術為物理溶劑吸收法，包含冷法和熱法兩種技術。冷法以低溫甲醇洗法為代表，典型的工藝技術有Linde和Lurgi兩種低溫甲醇洗法。Linde低溫甲醇洗在CO變換后脫硫脫碳一步完成，并采用自行開發(fā)的高效繞管式換熱器;Lurgi低溫甲醇洗脫硫和脫碳分兩步進行，在進行CO變換前先脫硫，然后CO變換后再脫碳，換熱器為管殼式換熱器。熱法以聚乙二醇二甲醚溶劑吸收法為代表，國外以Selexol為典型，國內(nèi)以NHD工藝為代表，NHD與Selexol工藝相同，僅僅是所采用的吸收溶劑不同，NHD工藝溶劑吸收CO2和H2S的能力要優(yōu)于Sel-exol溶劑，但NHD溶劑解吸能力差，回收處理難，再生耗能高。綜合比對低溫甲醇洗法、Selexol和NHD法，Selexol法溶劑需要進口，投資最大，NHD法投資較低溫甲醇洗法低，但公用工程、NHD消耗高，低溫甲醇洗法對氣體的凈化均優(yōu)于NHD和Selexol法。

4.2 物化處理

物化處理主要包括去除SS、除鈣和調(diào)節(jié)pH。在SS去除過程中，氣化水中的粉煤灰濃度非常高，在水質(zhì)不穩(wěn)定的情況下，甚至達到500mg/L。通過前期投加混凝劑PAC和PAM的助凝劑，可以快速滿足預期水質(zhì)要求。待PAC投加量控制在適當范圍后，可加入4mg/LPAM加速反應。同時，也能提高沉淀的絮凝效果，使處理水中的SS濃度達到一個穩(wěn)定的值。鈣含量在鈣離子去除鏈接在大多數(shù)情況下，它屬于相對穩(wěn)定狀態(tài)，質(zhì)量濃度穩(wěn)定在210～230mg/L，如果不是處理的鈣水到生化池，將導致鈣離子的存在影響碳酸鹽體系的pH值，導致二氧化碳的綜合利用效率低，影響硝化作用過程，對形成反應抑制的影響。在SBR工藝升級中，采用化學方法去除鈣離子。攪拌槽中加入適量的磷酸，去除鈣離子，對后續(xù)生化處理影響不大。在此過程中，SBR水的pH值需要在8～9左右。適量的氫氧化鈉可以中和多余的酸。同時，氫氧化鈉的用量也需要控制好，否則會影響最終的調(diào)節(jié)效果。

4.3 酸堿度的控制

通過煤制甲醇廢水的pH值可以得知硝化反硝化過程，pH值的高低也會影響SBR工藝的反硝化效率。在SBR系統(tǒng)運行過程中，可以使用專用的監(jiān)測工具對SBR池中的pH值進行實時監(jiān)測。在硝化階段，如果液體的pH值低于6，則應向池中添加堿液，直到pH指數(shù)上升到7為止。反硝化階段，液體pH值維持在7.5左右;如果濃度過高，就添加酸;若過低則加入堿溶液，使反硝化效果始終保持在較高水平。

4.4 溶解氧的控制

溶解氧會影響到SBR工藝運行過程中脫氮的效率，并且在好氧、缺氧以及脫氧三種情況下其反應各不相同。當好氧狀態(tài)下時，溶解氧的含量如果低于1mg/L，則會影響到硝化菌的正常反應;在缺氧狀態(tài)下時，如果溶解氧含量較高，則會對反硝化菌的反應效果起到抑制作用。經(jīng)實踐驗證，在硝化及反硝化的過程中，溶解氧的含量分別在2mg/L以及0.5mg/L時，反應效果最佳。

5 結語

縱觀我國社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，隨之而來的是嚴重的環(huán)境污染，阻礙我國社會經(jīng)濟與社會建設的可持續(xù)發(fā)展。本次實驗使用和分析的辦法對煤化工低溫甲醇洗廢水的COD測定可以說是一個創(chuàng)新，經(jīng)過對試驗廢水中甲醇含量的檢測，可以很快對試驗樣品中的COD含量進行定量，降低了化學廢水中重鉻酸鉀法對研究人員造成的健康威脅。同時，當色譜儀器發(fā)生故障，我們?nèi)耘f可以通過COD數(shù)據(jù)反推出試驗樣品中甲醇的含量，大大減少了檢測機構人員的工作負擔。本次試驗進行的煤制氫甲醇界區(qū)廢水中甲醇和COD檢測方法的使用，能直觀看到物質(zhì)的污染程度，這為我國環(huán)境保護工作打下堅固基礎。

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