新技術(shù)處理煤氣化廢水

煤化工是以煤為原料，經(jīng)過(guò)化學(xué)加工使煤轉(zhuǎn)化為氣體、液體和固體燃料以及化學(xué)品的過(guò)程。從煤加工過(guò)程區(qū)分，煤化工包括煤的焦化（含低溫干餾和煉焦）、氣化、液化和合成化學(xué)品等。

基于煤化工發(fā)展的3條主要產(chǎn)業(yè)鏈可將煤化工廢水分為煤焦化（半焦）廢水、煤氣化廢水和煤液化廢水。煤化工工業(yè)是用水大戶，據(jù)統(tǒng)計(jì)，煤液化耗6噸水/噸油，煤焦化耗2.5噸水/噸焦炭，煤制天然氣耗約10 噸水/kNm3天然氣，煤制烯烴項(xiàng)目耗水約30 噸水/噸烯烴。中國(guó)水資源條件先天不足，全國(guó)單位國(guó)土面積水資源量?jī)H為33.8萬(wàn)m3/km2，人均水資源量?jī)H為2100 m3，不足世界人均水平的25%。2017年，全國(guó)污水排放總量699.7億噸，工業(yè)廢水占其中的26%，化學(xué)需氧量排放總量為1021.97萬(wàn)噸，氨氮排放總量為139.51 萬(wàn)噸，遠(yuǎn)超中國(guó)水環(huán)境容量。在全國(guó)地表水2767個(gè)國(guó)控?cái)嗝嬷?，?/span>8.6%的水體喪失使用功能，21.7%的重點(diǎn)湖泊（水庫(kù)）呈富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。在全國(guó)6124個(gè)地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)中，較差的占45.4%，極差占14.7%。水資源和水環(huán)境污染等問(wèn)題已然成為制約新型煤轉(zhuǎn)化工業(yè)發(fā)展的瓶頸。
為促進(jìn)工業(yè)經(jīng)濟(jì)與水資源及環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，中國(guó)采取了一系列的措施，2005 年，國(guó)家發(fā)改委等多個(gè)部門組織制訂了中國(guó)節(jié)水技術(shù)政策大綱。明確提出，發(fā)展外排工業(yè)廢水回用和零排放技術(shù)，鼓勵(lì)在缺水以及生態(tài)環(huán)境要求高的地區(qū)的企業(yè)應(yīng)用廢水零排放技術(shù)。

2007 年，國(guó)家環(huán)?？偩峙c發(fā)改委制定了國(guó)家環(huán)境保護(hù)十一五規(guī)劃。明確要求，在鋼鐵、電力、化工、煤炭等重點(diǎn)行業(yè)，推廣廢水循環(huán)利用，努力實(shí)現(xiàn)廢水少排放或零排放。同年，廣東河源電廠一期工程開(kāi)工建設(shè)。由于該電廠緊鄰擔(dān)負(fù)著為香港、深圳等地供水任務(wù)的東江，環(huán)評(píng)明確要求其實(shí)現(xiàn)廢水零排放。

2015年1 月，號(hào)稱“史上最嚴(yán)”的環(huán)保法開(kāi)始實(shí)施；同年4月，國(guó)務(wù)院發(fā)布《水污染防治行動(dòng)計(jì) 劃》，計(jì)劃中明確指出“切實(shí)加強(qiáng)水環(huán)境管理”，“全力保障水生態(tài)環(huán)境安全”的任務(wù)，要求 狠抓工業(yè)污染防治，促進(jìn)再生水利用，科學(xué)保護(hù)水資源。與此同時(shí)，國(guó)家能源局在《煤 炭清潔高效利用行動(dòng)計(jì)劃（2015-2020年）》中提出“加大礦井水等資源化利用力度”，“實(shí)施保水開(kāi)采或煤水共采，實(shí)現(xiàn)礦井突水控制和水資源保護(hù)一體化”。同年 12 月， 環(huán)境保護(hù)部印發(fā)《現(xiàn)代煤化工建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境準(zhǔn)入條件（試行）》，對(duì)新建和改擴(kuò)建的現(xiàn)代煤化工生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目污染防治和環(huán)境影響給出了明確的規(guī)定：要求根據(jù)“清污分流、污污分治、深度處理、分質(zhì)回用”的原則設(shè)計(jì)廢水處理處置方案，嚴(yán)格落實(shí)地下水污染防治工作，強(qiáng)化環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)防范。

煤化工廢水“零液排放”處理流程在大量的理論研究和工業(yè)實(shí)踐探索下，基本形成了“污水預(yù)處理–生化處理–深度處理–鹽水處理–固化零排放”的基本設(shè)計(jì)框架。

煤化工廢水特別是碎煤氣化廢水，在預(yù)處理過(guò)程中，雖然經(jīng)過(guò)蒸氨脫酚后可使其總酚和氨氮濃度大幅降低，但油濃度仍在100~200mg/L，超過(guò)生化工藝進(jìn)水的要求（油濃度＜50mg/L）。這些油類大多是難降解的有毒物質(zhì)，有很強(qiáng)的微生物抑制性，深度處理單元受前端廢水處理效果的影響較大，容易造成生化出水水質(zhì)無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，各單元組件容易受到膠體、有機(jī)物和細(xì)菌污堵的影響。

由于活性炭、活性焦、碳納米管等吸附工藝一次成本高昂、再生難度大，為避免出水水質(zhì)隨運(yùn)行周期波動(dòng)的影響，目前應(yīng)用較廣的工藝設(shè)置思路為“高級(jí)氧化–二段生化–膜分離”工藝，生化處理工段的出水中仍含有少量大分子未降解的 COD，經(jīng)高級(jí)氧化單元將這些有機(jī)物氧化斷鍵開(kāi)環(huán)后分解成較小的分子，從而提升廢水的B/C，再進(jìn)入二段生化將高級(jí)氧化的出水再進(jìn)行生化處理，進(jìn)一步降低廢水中的有機(jī)污染物并盡可能地消耗水中BOD，常用的高級(jí)氧化工藝包括Fenton氧化法、光催化氧化法、臭氧催化氧化、超聲氧化法、濕式氧化法、超臨界氧化法及耦合工藝等。二段生化將高級(jí)氧化的出水再進(jìn)行生化處理，進(jìn)一步降低廢水中的有機(jī)污染物并盡可能地消耗水中BOD，該股廢水經(jīng)膜處理系統(tǒng)產(chǎn)出回用水和濃鹽水。

隨著臭氧發(fā)生技術(shù)和非均相催化劑制備技術(shù)的提高，空氣可以直接作為產(chǎn)生臭氧的氣體在一定程度上降低了臭氧成本但是單獨(dú)的臭氧氧化技術(shù)卻因?yàn)楸旧淼娜毕菹拗屏似浯蠓秶膽?yīng)用，傳統(tǒng)臭氧氣浮存在以下兩個(gè)缺點(diǎn)：

1、臭氧在水中溶解度低；

2、臭氧轉(zhuǎn)化為羥基自由基的效率低。

為了克服單獨(dú)使用臭氧氧化技術(shù)的缺點(diǎn)，我們從兩個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。一方面通過(guò)與其他技術(shù)耦合來(lái)提高臭氧分解的效率，如高效溶氣釋放技術(shù)、加壓降溫等方式提升臭氧在水中的溶解度；另一方面則是加入非均相催化劑與水力空化技術(shù)協(xié)同作用來(lái)提高臭氧轉(zhuǎn)化羥基自由基的轉(zhuǎn)化率，此外，還引入超重力旋流技術(shù)強(qiáng)化傳質(zhì)過(guò)程，大幅提升羥基自由基轉(zhuǎn)化率，最高可達(dá)到99.98%。

在非均相臭氧催化的研究中，我們針對(duì)低濃度小分子有機(jī)污水，以環(huán)境友好型材料作為活性位點(diǎn)，雙點(diǎn)位催化協(xié)同作用，結(jié)合高孔隙率微孔成型技術(shù)、親水改性抗污染、防堵塞等技術(shù)有機(jī)結(jié)合，開(kāi)發(fā)新型高負(fù)載臭氧催化劑（N-HLC）。結(jié)合臭氧催化氧化-旋流一體化技術(shù)，為煤化工高難度大分子有機(jī)污水治理提供專業(yè)解決方案。