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      煤化工廢水處理及資源化利用研究現(xiàn)狀

      2023-12-23 07:36:23劉文滿強(qiáng)強(qiáng)
      石化技術(shù) 2023年11期
      關(guān)鍵詞:煤化工資源化凈化

      劉文 滿強(qiáng)強(qiáng)

      山東能源集團(tuán)山能化工內(nèi)蒙古榮信化工有限公司 內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 014300

      煤化工廢水是指在煤化工生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的含有高濃度有機(jī)物、重金屬等污染物的廢水。由于其復(fù)雜的組成和高難度的處理,煤化工廢水處理及資源化利用一直是研究熱點(diǎn)和挑戰(zhàn)。隨著環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高和嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)的實(shí)施,煤化工企業(yè)面臨著越來越大的壓力來減少廢水排放和實(shí)現(xiàn)資源化利用。

      1 煤化工廢水的來源及性質(zhì)

      1.1 煤化工廢水的來源

      (1)煤氣化過程產(chǎn)生的廢水

      在煤氣化過程中,通過對(duì)煤進(jìn)行高溫分解和氣化產(chǎn)生了合成氣。在這個(gè)過程中,廢水主要來自于煤的洗滌和氣化過程中的冷卻用水。

      (2)煤直接液化(CTL)和煤間接液化(ITL)過程產(chǎn)生的廢水

      液化是指將煤直接轉(zhuǎn)化為液體燃料或化學(xué)品的過程。在液化過程中,除了產(chǎn)出油、煤渣和煤焦之外,還會(huì)產(chǎn)生大量的廢水。

      (3)煤焦化過程產(chǎn)生的廢水

      煤焦化是指將煤進(jìn)行加熱和干餾,得到焦炭和一些有機(jī)氣體的過程。廢水主要來自于煤的洗滌和焦?fàn)t冷卻過程中的冷卻用水。

      1.2 煤化工廢水的特點(diǎn)

      1.2.1 含有高濃度的有機(jī)物

      煤化工廢水中含有大量的有機(jī)物,如苯、甲醛、苯酚等。這些有機(jī)物具有毒性和難降解性。

      1.2.2 含有重金屬離子

      煤化工廢水中常含有鉛、汞、鎘、鉻等重金屬離子。這些重金屬對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康具有較高的毒性。

      1.2.3 高濁度和高溫度

      煤化工廢水通常具有高濁度和高溫度,這會(huì)給廢水的處理帶來一定的挑戰(zhàn)。

      1.2.4 酸堿性差異大

      由于煤化工過程中使用的原料和反應(yīng)條件的不同,廢水的酸堿性可能存在一定的差異。

      2 煤化工廢水的影響

      2.1 水環(huán)境污染

      煤化工廢水中含有高濃度的有機(jī)物、重金屬離子等污染物。當(dāng)這些廢水排放入水體時(shí),會(huì)對(duì)水環(huán)境造成嚴(yán)重污染,破壞水體的生態(tài)平衡。有機(jī)物的存在可能導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化和藻類爆發(fā),降低水質(zhì)并影響水生生物生長(zhǎng)和繁殖。重金屬的累積和毒性也會(huì)對(duì)水生生物和生態(tài)系統(tǒng)造成潛在威脅。

      2.2 土壤污染

      如果煤化工廢水未經(jīng)適當(dāng)處理就直接排放或滲漏到土壤中,會(huì)導(dǎo)致土壤污染。有機(jī)物和重金屬的積累可能影響土壤質(zhì)量和肥力,限制作物的生長(zhǎng)和發(fā)展。此外,部分有機(jī)物可能會(huì)在土壤中逐漸降解為有害的代謝產(chǎn)物,并進(jìn)一步影響土壤質(zhì)量和生物多樣性。

      2.3 直接接觸風(fēng)險(xiǎn)

      如果人們接觸到未經(jīng)處理的煤化工廢水,可能會(huì)對(duì)其健康產(chǎn)生直接威脅。有機(jī)物和重金屬對(duì)人體具有潛在的毒性,可能導(dǎo)致急性或慢性中毒。某些有機(jī)物還可能具有致癌性或致畸作用,對(duì)長(zhǎng)期暴露的人群造成健康風(fēng)險(xiǎn)。此外,高濁度和高溫度的廢水也可能引發(fā)皮膚刺激、消化道問題等。

      2.4 社會(huì)影響

      煤化工廢水對(duì)周邊環(huán)境的污染和健康風(fēng)險(xiǎn)可能引發(fā)公眾的關(guān)注和不滿,可能對(duì)相關(guān)企業(yè)的聲譽(yù)和社會(huì)形象造成負(fù)面影響,進(jìn)而對(duì)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和利益產(chǎn)生影響。此外,廢水的處理和治理也需要投入大量的資金和技術(shù),可能增加企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本。

      3 煤化工廢水的處理技術(shù)

      3.1 物理處理

      物理處理是煤化工廢水資源化利用的一種重要途徑,通過物理性質(zhì)的分離和轉(zhuǎn)移,將廢水中的固體顆粒、懸浮物等進(jìn)行去除,實(shí)現(xiàn)固液分離和凈化。以下是幾種常見的物理處理方法

      3.1.1 沉淀與過濾

      在沉淀池中,通過添加化學(xué)沉淀劑(如氫氧化鈣、石灰等),使廢水中的固體顆粒和懸浮物沉淀到池底,然后通過反復(fù)沉淀和攪拌,最終達(dá)到固液分離的效果??刹捎渺o態(tài)沉淀池、流態(tài)沉淀池等不同的設(shè)備形式進(jìn)行。過濾技術(shù)通過介質(zhì)(如砂濾、活性炭、陶瓷濾芯等)來過濾廢水中的懸浮固體顆粒。介質(zhì)的不同粒徑和材料可以根據(jù)廢水的特性進(jìn)行選擇,以實(shí)現(xiàn)固液分離和澄清的效果。常見的過濾方法包括壓濾、真空過濾、自動(dòng)過濾等。

      3.1.2 吸附

      吸附技術(shù)通過添加吸附劑(如活性炭、離子交換樹脂等),將廢水中的有機(jī)物和重金屬離子吸附到吸附劑表面,從而達(dá)到凈化廢水的效果。吸附劑選擇應(yīng)根據(jù)目標(biāo)物質(zhì)的特性以及吸附材料的催化活性和再生能力等因素進(jìn)行。

      3.1.3 簡(jiǎn)單過程分離

      根據(jù)廢水中不同成分的物理性質(zhì)差異,可使用簡(jiǎn)單的物理方法進(jìn)行分離,如比重差異的沉淀分離、溶解度差異的結(jié)晶分離等。這些方法適用于廢水中含有可分離的物質(zhì),如固體顆粒、懸浮物、無機(jī)鹽等。物理處理可以作為煤化工廢水資源化利用過程中的初步處理階段,幫助去除廢水中的固體顆粒和懸浮物等,為后續(xù)的化學(xué)或生物處理提供更好的條件。不同的物理處理方法可以根據(jù)廢水的特性和處理需求進(jìn)行組合和選擇,以實(shí)現(xiàn)高效的廢水凈化和資源回收。

      3.2 化學(xué)處理

      通過添加化學(xué)沉淀劑如氫氧化鈣(Ca(OH)2)、石灰(CaO)等,使廢水中的有機(jī)物和重金屬離子發(fā)生沉淀反應(yīng),沉淀物可通過后續(xù)處理方式進(jìn)行回收。沉淀過程中還可以實(shí)現(xiàn)廢水的脫色,通過去除廢水中的色度來提高水質(zhì)。廢水中可能存在酸性或堿性物質(zhì),通過加入中和劑如碳酸氫鈉、石灰等可以調(diào)節(jié)廢水的pH值,并將廢水中的酸堿性物質(zhì)中和。廢水中存在大量的重金屬離子,使用絡(luò)合劑如硫代硫酸鹽、聚合物等與重金屬離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng),形成穩(wěn)定無溶解度的絡(luò)合物,實(shí)現(xiàn)重金屬的沉淀與去除。通過添加催化劑或酶類,促進(jìn)有機(jī)物的分解和降解反應(yīng),將其轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì),如利用催化劑將氨氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)?,降低廢水中的氨氮含量?;瘜W(xué)處理方法可以根據(jù)廢水中不同污染物的特性進(jìn)行選擇和調(diào)整,以達(dá)到有效去除污染物、凈化廢水和回收資源的目的。了解廢水中污染物的成分和特性,結(jié)合不同化學(xué)處理方法的適用條件和效果,有助于制定合理的化學(xué)處理策略。

      3.3 生物處理

      3.3.1 常見的生物處理方法

      通過培養(yǎng)一定的好氧微生物,將有機(jī)物在氧氣的存在下進(jìn)行氧化降解,從而去除污染物。利用固定化生物膜,或采用生物膜載體如填料、纖維等固定生物系,使流經(jīng)廢水的廢水與細(xì)菌膜之間相互作用,降解和去除污染物。廢水在無氧條件下通過厭氧微生物的代謝作用,轉(zhuǎn)化為沼氣和有機(jī)質(zhì)。污水透過濾池多孔性介質(zhì),處于缺氧或微氧的環(huán)境中,微生物利用有機(jī)物降解污染物。

      3.3.2 其他生物處理方法

      利用濕地植物和微生物在濕地內(nèi)進(jìn)行廢水的降解和凈化。人工濕地可以模擬自然濕地的生物過程,有效去除有機(jī)物和重金屬等污染物。利用特定微生物菌株或生物材料如藻類、真菌等,通過吸附作用將廢水中的污染物吸附到細(xì)胞表面,從而凈化廢水。生物處理方法具有環(huán)境友好、操作簡(jiǎn)單、投資成本較低等優(yōu)點(diǎn),并且可以實(shí)現(xiàn)廢水中有機(jī)物的降解和資源回收。但是,生物處理受到水質(zhì)、溫度、pH值等因素的影響,在設(shè)計(jì)和操作過程中需要根據(jù)廢水的特性和要求進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和控制。因此,了解廢水中的污染物類型和濃度、微生物的特性以及合適的生物處理工藝對(duì)于實(shí)現(xiàn)高效的廢水資源化利用至關(guān)重要。

      3.4 先進(jìn)處理技術(shù)

      利用紫外光輻射或可見光輻射與光催化劑(如二氧化鈦)相互作用,產(chǎn)生高活性的自由基,通過氧化反應(yīng)將有機(jī)污染物分解成無害物質(zhì)。利用臭氧氣體對(duì)廢水中的有機(jī)物進(jìn)行強(qiáng)氧化,降解有機(jī)污染物。臭氧還可以去除廢水中的色度和異味,同時(shí)具有殺菌消毒的效果。通過半透膜將廢水中的溶解性溶質(zhì)和固體顆粒分離,使水分子通過膜而阻攔溶質(zhì)和固體顆粒,實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水中有機(jī)物和離子的去除。通過超細(xì)孔徑膜分離技術(shù)將廢水中的膠體顆粒、懸浮物等物質(zhì)分離出去,同時(shí)保留溶解的有機(jī)物和離子。利用電流和電極將廢水中的金屬離子沉積在電極上,并通過電極表面反應(yīng)去除重金屬污染物。通過電解作用,產(chǎn)生氧化劑(如高價(jià)態(tài)金屬陽離子)來降解廢水中的有機(jī)物,從而實(shí)現(xiàn)廢水的凈化效果。冷等離子體技術(shù)將廢水暴露在冷等離子體中,通過電離和放電反應(yīng),使廢水中的有機(jī)物氧化分解為簡(jiǎn)單無機(jī)物和少量CO2、H2O等。

      4 煤化工廢水資源化利用途徑

      4.1 能源化利用

      4.1.1 沼氣生產(chǎn)

      通過厭氧消化技術(shù),將廢水中的有機(jī)物質(zhì)在無氧環(huán)境下分解產(chǎn)生沼氣。沼氣主要由甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2)組成,可以作為可再生能源來發(fā)電、供熱或作為燃料使用。同時(shí),沼渣也是一種有機(jī)肥料,可用于農(nóng)業(yè)或園藝。

      4.1.2 生物質(zhì)能源生產(chǎn)

      通過將廢水中的固體廢棄物進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)化,生成生物質(zhì)能源。例如,廢水中的有機(jī)廢棄物可以用于生產(chǎn)生物柴油、生物乙醇等可燃性液體燃料,用于替代傳統(tǒng)石油燃料。此外,廢水中的生物質(zhì)固體廢棄物也可以作為生物質(zhì)顆粒(生物質(zhì)燃料)用于熱能產(chǎn)生或其他能源利用。

      4.1.3 溫室氣體回收與利用

      煤化工廢水中可能含有溫室氣體(如甲烷、二氧化碳等),可以進(jìn)行回收和利用。例如,廢水中的甲烷可以用于發(fā)電或供熱,減少對(duì)化石燃料的依賴;而二氧化碳可以用于工業(yè)過程中的注入、制備化學(xué)品等。

      4.1.4 太陽能光伏系統(tǒng)補(bǔ)充

      將廢水中的可利用水資源提取出來,用于太陽能光伏系統(tǒng)的冷卻,提高光伏電池板的效率,并同時(shí)供應(yīng)冷卻后的廢水用于其他用途。能源化利用不僅減少了對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴,還能提高能源利用效率和減少溫室氣體排放。然而,進(jìn)行能源化利用需要進(jìn)行充分的廢水處理和凈化,以確保廢水對(duì)環(huán)境和人類健康的影響降到最低。同時(shí),選擇適當(dāng)?shù)募夹g(shù)和工藝流程,根據(jù)廢水的特性和目標(biāo)利用需求進(jìn)行合理規(guī)劃和操作。

      4.2 農(nóng)業(yè)利用

      經(jīng)過適當(dāng)?shù)膹U水處理和凈化,將廢水用于農(nóng)田灌溉,起到節(jié)水和養(yǎng)分供給的作用。廢水中的養(yǎng)分可被作物吸收利用,并為農(nóng)田提供水分,同時(shí)降低了對(duì)地下水的依賴。利用廢水中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、微量元素等,進(jìn)行循環(huán)農(nóng)業(yè)。廢水中的養(yǎng)分可以與傳統(tǒng)化肥結(jié)合使用,提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量,同時(shí)降低對(duì)化學(xué)肥料的需求。通過對(duì)廢水中的有機(jī)物進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)化,將其轉(zhuǎn)化為有機(jī)肥料,如厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼液或廢水經(jīng)處理后的殘?jiān)?。這些有機(jī)肥料可以用于土壤改良、作物生長(zhǎng)促進(jìn)和保護(hù)等,有利于提高土壤質(zhì)量和農(nóng)作物的健康生長(zhǎng)。廢水中的養(yǎng)分可以用于蔬菜種植,如葉菜類、豆科蔬菜等。廢水中的微量元素對(duì)于蔬菜的生長(zhǎng)和營(yíng)養(yǎng)很重要,能夠提高產(chǎn)量和品質(zhì)。

      4.3 城市供水補(bǔ)充

      處理后的煤化工廢水可用于工業(yè)領(lǐng)域多種生產(chǎn)過程中的冷卻水、清洗水、制造過程用水等。廢水中的水分和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)可以為工業(yè)生產(chǎn)提供所需的水資源和養(yǎng)分,有效利用廢水資源。處理后的廢水可以通過灌溉被城市公園、綠地、花壇等地方所需的水資源。廢水中的肥料成分和微量元素對(duì)植物生長(zhǎng)有促進(jìn)作用,可以提高植物的健康度和美觀度。處理后的煤化工廢水可以用作城市中的景觀水體,如人工湖、噴泉等的水源。經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚砗蛢艋?,使廢水達(dá)到景觀水的要求,同時(shí)提升城市的景觀效果。處理后的廢水可以用于車輛清洗、道路沖洗、建筑物外墻清洗等清洗用途。利用廢水進(jìn)行清洗可以節(jié)約市政供水,并達(dá)到清洗效果。

      4.4 生態(tài)修復(fù)和景觀建設(shè)

      在生態(tài)修復(fù)和景觀建設(shè)中,需要將廢水進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚砗蛢艋?,確保廢水中的有害成分得到消除,保護(hù)生物多樣性和環(huán)境健康。此外,還應(yīng)根據(jù)具體情況和要求,合理規(guī)劃和設(shè)計(jì)生態(tài)修復(fù)方案,采取適當(dāng)?shù)墓芾泶胧?,以最大程度地?shí)現(xiàn)生態(tài)修復(fù)和景觀建設(shè)的效果。

      5 結(jié)束語

      煤化工廢水處理及資源化利用的研究正在不斷發(fā)展,各種新的技術(shù)和方法被提出并逐漸得到應(yīng)用。然而,仍然存在一些挑戰(zhàn)需要克服,如廢水處理成本高、副產(chǎn)物的處置等。因此,未來的研究方向應(yīng)該集中在提高處理效率、降低成本、實(shí)現(xiàn)廢水資源化利用等方面。通過持續(xù)的創(chuàng)新和合作,我們相信可以找到更加可行和可持續(xù)的煤化工廢水處理及資源化利用解決方案,以實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

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