新技術(shù)處理煤氣化廢水

煤化工是以煤為原料，經(jīng)過化學(xué)加工使煤轉(zhuǎn)化為氣體、液體和固體燃料以及化學(xué)品的過程。從煤加工過程區(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，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，煤制烯烴項目耗水約30 噸水/噸烯烴。中國水資源條件先天不足，全國單位國土面積水資源量僅為33.8萬m3/km2，人均水資源量僅為2100 m3，不足世界人均水平的25%。2017年，全國污水排放總量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1021.97萬噸，氨氮排放總量為139.51 萬噸，遠(yuǎn)超中國水環(huán)境容量。在全國地表水2767個國控斷面中，有8.6%的水體喪失使用功能，21.7%的重點湖泊（水庫）呈富營養(yǎng)狀態(tài)。在全國6124個地下水水質(zhì)監(jiān)測點中，較差的占45.4%，極差占14.7%。水資源和水環(huán)境污染等問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，中國采取了一系列的措施，2005 年，國家發(fā)改委等多個部門組織制訂了中國節(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，國家環(huán)保總局與發(fā)改委制定了國家環(huán)境保護(hù)十一五規(guī)劃。明確要求，在鋼鐵、電力、化工、煤炭等重點行業(yè)，推廣廢水循環(huán)利用，努力實現(xiàn)廢水少排放或零排放。同年，廣東河源電廠一期工程開工建設(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)評明確要求其實現(xiàn)廢水零排放。

2015年1 月，號稱“史上最嚴(yán)”的環(huán)保法開始實施；同年4月，國務(wù)院發(fā)布《水污染防治行動計 劃》，計劃中明確指出“切實加強(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，國家能源局在《煤 炭清潔高效利用行動計劃（2015-2020年）》中提出“加大礦井水等資源化利用力度”，“實施保水開采或煤水共采，實現(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)項目環(huán)境準(zhǔn)入條件（試行）》，對新建和改擴(kuò)建的現(xiàn)代煤化工生產(chǎn)建設(shè)項目污染防治和環(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)計廢水處理處置方案，嚴(yán)格落實地下水污染防治工作，強(qiáng)化環(huán)境風(fēng)險防范。

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)計框架。

煤化工廢水特別是碎煤氣化廢水，在預(yù)處理過程中，雖然經(jīng)過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)無法達(dá)到設(shè)計指標(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)行周期波動的影響，目前應(yīng)用較廣的工藝設(shè)置思路為“高級氧化–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)高級氧化單元將這些有機(jī)物氧化斷鍵開環(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的臭氧氧化技術(shù)卻因為本身的缺陷限制了其大范圍的應(yīng)用，傳統(tǒng)臭氧氣浮存在以下兩個缺點：

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。

為了克服單獨使用臭氧氧化技術(shù)的缺點，我們從兩個方面對其進(jìn)行改進(jìn)。一方面通過與其他技術(shù)耦合來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，雙點位催化協(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。