地下煤气化废水处理方法研究

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　　摘 要：地下煤气化废水主要为井下燃空区洗涤水和地面煤气净化及产品回收过程产生的废水，成分复杂，是国内外废水处理领域的一大难题。文章从生化法、物化法和化学氧化法3个方面综述了近年来国内外类似废水处理技术的研究进展，分析了现有处理方法的优缺点，并提出了地下煤气化废水处理技术的发展趋势。
　　关键词：地下煤气化；废水处理；生化法
　　中图分类号：X784 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）20-0119-02
　　Abstract： Underground coal gasification wastewater is mainly produced by underground air burning area washing water and surface gas purification and product recovery process， and its composition is complex， which is a difficult problem in the field of wastewater treatment at home and abroad. In this paper， the research progress of similar wastewater treatment technologies at home and abroad in recent years is reviewed from the aspects of biochemical method， physicochemical method and chemical oxidation method， and the advantages and disadvantages of the existing treatment methods are analyzed. The development trend of underground coal gasification wastewater treatment technology is put forward.
　　Keywords： underground coal gasification； wastewater treatment； biochemical method
　　1 概述
　　地下煤气化是通过热化学作用将煤直接在地下变为可燃气体的过程。在气化过程会产生大量的废水，气化废水主要来自井下燃空区洗涤水和地面煤气净化及产品回收过程产生的废水。地下煤气化废水成分类似于地面煤气化和焦化厂的废水，成分复杂，含多种有机、无机污染物，如酚類、氨氮、氰化物、硫化物、多环芳烃等，属高浓度，高污染，难降解有机工业废水，对一切生物都有毒害作用，一直是废水处理领域的一大难题，其处理方案可以借鉴地面煤气化和焦化厂废水处理工艺。
　　2 生化处理法
　　生化处理法是利用微生物的新陈代谢作用来降解水中的有机物。
　　2.1 活性污泥法
　　活性污泥法一般由曝气池、二沉池、污泥沉淀池、鼓风系统和污泥回流系统组成。通过曝气池曝气，活性污泥呈悬浮状态，活性污泥中的微生物代谢消耗废水中的有机物，使其最终转化为二氧化碳和水，废水由此得到净化。研究发现采用活性污泥进行生物降煤气化废水研究，能将污水中的酚有效地去除，但对氨氮，特别是有机氮的降解效果很差。
　　2.2 A/O、A2/O、A/O2等生物脱氮工艺
　　常规活性污泥法对有机氮的降解能力差，若在处理过程中加入具有脱氮能力的亚硝化菌、硝化菌的活性污泥，利用微生物的硝化和反硝化作用可将氨氮类物质转化成氮气，由此便产生了以A-O为核心的A2/O、A2/O、A2/O2等生物脱氮工艺。太原煤气化公司焦化厂采用A2/O生物膜系统处理焦化废水，运行5个月，系统对COD去除率在85%以上，对氨氮的去除率达96%以上，COD出水浓度低于150mg/L，氨氮浓度低于15mg/L。韶钢焦化厂，采用AO2工艺处理焦化废水，废水中的COD、挥发酚、氨氮和油的去除率分别达到了91.4%，99.9%，89.5%和87.8%。A/O、A2/O、A/O2工艺能够有效的去除焦化废水中的有机氮，已被广泛应用于工业生产中。但这些工艺都需要较大的回流比和水力停留时间，处理设施庞大，基建投资大。在运行过程中必须严格控制pH和温度，运行管理复杂，运行费用较高。
　　2.3 膜生物反应器（MBR）
　　膜生物反应器一种由膜分离单元与生物处理单元相结合的新型水处理技术。赵文涛等使用浸没式厌氧/缺氧/好氧-膜-生物反应器系统处理实际焦化废水。连续运行160天，发现该系统对COD、挥发酚、氨氮和浊度去除率分别为88.0%±1.6%，99.9%，98.3%±1.9%，99.4%±0.2%。刘玉敏等研制了物化预处理/生物处理/膜生物反应器，该系统能有效去除焦化废水中的各类污染物，且新工艺简单易行，运行成本较低。与常规生化处理工艺比较，处理废水的成本可降低1～2元/t。膜生物反应器具有一定的实用性，但是膜污染是制约MBR推广应用的最主要因素。研制抗污染、耐微生物侵蚀的新的膜材料将是未来膜生物反应器的发展方向。
　　2.4 SBR工艺
　　SBR是近年来开发的活性污泥新工艺，该工艺通过程序化控制充水、曝气反应、沉淀、排水、排泥等五个阶段实现对废水的生化处理。药宝宝等对SBR工艺进行改良，将碟式射流曝气应用在SBR工艺中，该法处理效果好、运行稳定、操作及控制灵活，氨氮出水浓度小于10mg/L去除率达到98%。SBR工艺能充分利用兼性菌的特性，将缺氧、厌氧、好氧过程集中在同一反应器中，采用间歇方式极大地提高了操作的灵活性，污泥性能好，抗负荷与毒物的冲击能力显著增强。 　　3 物理化学法
　　3.1 化学沉淀法
　　赖鹏等利用Fe2（SO4）3作为混凝剂，对焦化厂废水生化处理出水进行深度处理。结果发现，在pH3～9的条件下，混凝对生化出水中的有机物均能取得较好去除效果。于凯等在焦化厂废水处理过程中加入适量的FeSO4和CaCO3固体，系统COD、氨氮和色度的去除率分别达79.8%、69.8%和80%～90%，处理后的水质稳定，且提高了废水可生化性，为后续生物处理创造条件。但是，化学沉淀法中有机沉淀剂难降解，无机沉淀剂用量大，易产生二次污染，工艺较繁琐，设备占地面积大。研制新型、高效、安全、经济、环保的沉淀剂是化学沉淀法发展的必然方向。
　　3.2 吸附法
　　吸附法即利用多孔性吸附剂吸附废水中的一种或几种溶质，使废水得到净化。通常采用的吸附剂有粉煤灰、熄焦粉、活性炭、树脂等。黄龙等采用活性炭对武汉某焦化厂废水进行深度处理。结果表明，仅在1g/L的活性炭吸附20min后即可将废水COD降到110mg/L，出水无色澄清，符合排放要求。
　　吸附法能有效去除废水中的污染物，开发廉价易得、吸附性能好且易回收的新产品，并尽快将其转化为生产力，将成为以后吸附法发展方向。
　　3.3 溶剂萃取法
　　溶剂萃取法不仅设备投资少、操作简便、能耗低，而且主要污染物能有效回收利用，溶剂萃取法正广泛用于处理各种含酚废水。章莉娟等利用M105萃取剂对煤气化废水进行酚回收处理。当控制pH=9-10、温度40-60℃，相比=1：6条件下，经四级逆流萃取，总酚去除率大于93%，COD去除率为85%，处理后能满足后续生化处理的要求。
　　4 化学氧化法
　　4.1 Fenton试剂法
　　Fenton试剂氧化法具有反应迅速、反应条件温和且无二次污染等优点，在废水处理中的应用也越来越广泛。许多研究者在经典Fenton试剂基础上加以改进，研发出新型类Fenton氧化法。许俊强等采用湿式浸渍法制备非均相多孔硅基材料载Fe催化剂Fe/SiO2，以H2O2为氧化剂，进行高浓度难降解的焦化废水的类Fenton催化氧化降解。该法对焦化废水COD去除率可达85.4%，催化效果显著增强。
　　4.2 臭氧氧化法
　　臭氧是一种强氧化剂，可除去废水中的酚、氰等污染物，同时还可起到脱色、除臭、杀菌的作用。刘金泉等将O3与H2O2、UV联合用于焦化厂生化出水的深度处理，反应时间40min，焦化厂废水COD及UV254的去除率最高可达47.14%和73.47%，COD可降至67mg/L。臭氧氧化法耗电量大，运行及投资费用高，处理成本高，因而该方法还主要用于自来水厂水质消毒及废水的深度处理，工业废水处理中应用较少。
　　4.3 电化学氧化法
　　三维电极是一种新型的电化学反应器，与传统的二维电极相比，能够增加电解槽的面体比，且颗粒间距小而增大物质移动速度，提高电流效率和处理效果。何绪文等以焦粉为粒子电极，研究三维电极法深度处理高氨氮焦化废水。反应30mim，氨氮去除率达到90%，出水氨氮值低于15mg/L。现有的三维电极装置都不同程度地存在需投加一定量电解质及长期运转后电极阻塞问题；充分考虑各方面的影响因素，设计出高效合理的电催化反应器是该领域工业化的研究方向。
　　4.4 光催化氧化法
　　光催化氧化法比传统的化学氧化法具有明显的优势，它无需化学试剂，操作条件容易控制，无二次污染，而且TiO2化学稳定性高，无毒且成本低，进行金属或非金属掺杂，可大大提高其光催化活性。赵清华等采用TiO2与粉末活性炭复合光催化剂（TiO2/PAC）对焦化厂废水进行光催化处理发现废水中的COD去除率可达89%。光催化氧化法对水中酚类物质及其他有机物都有较高的去除率，且能耗低，有着很大的发展潜力。但是，这种方法目前还仅停留在理论研究阶段。
　　5 结束语
　　地下煤气化技术越来越受到人们的关注，其带来的环境问题也越发严峻，废水处理作为其中最重要的一个环节，必须得到足够的重视。单一的利用一种工艺很难达到废水处理的理想要求，组合工艺渐渐受到人们的关注，我们应该根据实際情况合理的选择一种或几种组合工艺取长补短，找到既高效又经济的处理方法，降低运行成本，提高达标率，避免二次污染，改善环境质量，减轻地下煤气化废水对各地水体的污染，实现水资源的循环利用。
　　参考文献：
　　[1]师立兵.A2/O生物膜系统处理焦化废水的影响因素分析[J].煤化工，2009（02）：65-67.
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