循環經濟下煤化工污水處理技術應用
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摘要:為了推進煤炭的清潔與高效利用，實現陜北地區的煤化工的循化經濟，對陜北地區煤化工污水處理技術應用展開探討，介紹了目前廣泛應用的煤化工污水處理技術，然后針對其中的萃取脫酚技術進行研究，通過采樣實驗，確定了效果最優的萃取劑，并且優化了萃取條件。
陜北地區的煤炭資源具有特低灰、特低硫、中高發熱量等優點，是發展煤化工產業的優良資源，因此，有著較好的煤化工產業基礎。但與此同時，該地區煤化工的高耗能、高污染等問題也十分突出。隨著社會與科技的進步，污染源頭治理以及全過程污染治理逐漸發展為主要的環境治理思想，力求最大化地利用資源，同時盡可能地減少污染物排放，最終構建集清潔生產、資源綜合利用、可持續等為一體的循環經濟［1］。有鑒于此，本文就循環經濟下的陜北地區煤化工污水處理技術應用問題進行探討，以期能夠促進煤化工節能減排以及綜合利用煤炭資源，從而提高煤化工企業經濟效益以及社會效益。
1煤化工污水處理技術概述
煤化工是以煤炭作為主要的原材料，通過化學手段對其進行加工從而得到液態、氣態以及固態化合物產品。在煤氣化、煤直接液化和煉焦等生產環節中，會產生十分巨大的工業廢水量，包括氣化廢水、凈化廢水、生活及化驗廢水、循環排污水等等。目前，我國煤化工企業主要通過預處理、生化處理、深度處理、回用處理以及高鹽水處理等環節進行污水處理。1．1預處理煤化工污水首先要通過預處理來對其中的酚、氨等資源進行回收，并且將其中的油類以及灰渣等雜質進行分離，使其能夠進行后續的處理環節。目前我國煤化工污水預處理所用的工藝主要有氣浮、沉淀、過濾、萃取、氣提等，其中的關鍵技術在于萃取與氣浮。萃取技術主要用于對煤化工污水中的酚、氨等資源進行回收，多用于碎煤加壓氣化項目產生的高酚氨污水的預處理;氣浮技術則用于去除煤化工污水中的油類物質。1．2生化處理經過預處理后的煤化工污水將繼續進行生化處理，即通過微生物對污水中的有機物進行降解。目前，我國煤化工企業中主要使用活性污泥以及厭氧微生物等技術來進行煤化工污水的生化處理。活性污泥技術的優點是對于環境的需求不高，處理效果較為顯著，并且技術成熟、操作簡單。其缺點是對含酚量較高的煤化工污水難以進行有效處理，會生產較多污泥，在管理方面也有著較高的要求。因此，目前該技術多用于含酚濃度比較低并且毒性較差的煤化工污水處理。厭氧微生物技術的優點是不受煤化工污水的含酚量的制約，能夠用于各種濃度的含酚煤化工污水的處理。其缺點主要在于厭氧微生物需要一定的時間進行降解，使得污水處理周期較長，并且受到污水中含碳化合物的影響等。因此，目前我國煤化工企業通常將其與其他方面結合使用。1．3深度處理經過預處理以及生化處理后，煤化工污水還需要通過深度處理來進一步去除其中可能造成環境破壞的物質。在深度處理環節，目前我國各煤化工企業所采用的主要技術有高級氧化技術、吸附技術以及三級生化技術等。高級氧化技術的原理是以電化學等手段生成羥基自由基(－OH)，以此對煤化工污水中的有機物進行降解處理;吸附技術的原理是以活性炭、粉煤灰等多孔的固體材料來吸附煤化工污水中的污染物;目前應用較為廣泛的三級生化技術是曝氣生物濾池(BAF)，這些三級生化技術也是通過微生物來對煤化工污水中的污染物進行降解處理。1．4含鹽污水處理煤化工污水中的循環排污水、脫鹽水站排污水等，具有有機物含量低、含鹽量低于1%的特征，目前多采用回用水站對其進行處理。含鹽污水的處理技術目前以“超濾+反滲透”為主，通過該技術能夠使污水中的COD含量降到10mg/L以下，氨氮的含量降到5mg/L以下。1．5高鹽水處理通過“超濾+反滲透”等技術對含鹽污水進行處理時，會產生TDS超過1%的高濃度含鹽污水。陜北地區因為水資源匱乏沒有納污水體，因此必須對這些高濃度含鹽污水進行處理，從而實現煤化工污水的零排放。目前處理高鹽水的技術是通過蒸發塘將水分蒸發，或者通過蒸發結晶技術回收水分，同時得到結晶鹽。
2煤化工污水萃取脫酚工藝優化研究
在上述的煤化工污水處理環節中，預處理作為第1個環節，所要處理的污水量最大、污染物成分最為復雜，處理難度也最高。本文以陜北地區某煤化工企業的污水進行萃取實驗，重點針對預處理環節中的萃取技術展開研究［2－3］。2．1污水水質分析本研究用所用的實驗污水取樣于陜北地區某煤化工企業，樣本已經過氣浮技術以及蒸氨技術的處理，用作萃取實驗。樣本有刺激性氣味、棕褐色、略微混濁，具有較高的酚含量以及COD值.2．2篩選萃取劑目前所常用的萃取劑有MIBK、甲苯、苯、二異丙醚、乙酸丁酯等，本研究通過對水樣進行實驗，以此考察上述各種萃取劑的實際脫酚效果.二異丙醚沸點相對最低，說明其具有易揮發的特性。乙酸丁酯目前多用于中性酚水的萃取脫酚處理，該萃取劑對單元酚具有非常好的萃取脫酚效果，但是對多元酚的脫酚率卻低于60%。MIBK對單元酚和多元酚都有良好的萃取脫酚效果，且容易回收。因此，初步篩選掉二異丙醚與乙酸丁酯。2．3萃取脫酚實驗效果對比本研究中通過實驗對苯、甲苯以及MIBK的萃取效果進行驗證.在萃取級數為1級時，苯和甲苯對COD去除率約為60%，而MIBK則高達87%左右。聯系水樣的成分分析可以發現，該水樣具有較高的酚含量，而MIBK對單元酚和多元酚都有良好的萃取效果，因此實驗結果顯示出MIBK比苯、甲苯具有更好的對COD的去除效果。根據以上實驗的結果可以得出結論:MIBK具有比較苯、甲苯更為優秀的萃取脫酚、降COD效果，是該煤化工企業對污水進行萃取脫酚處理的首選萃取劑。2．4優化萃取條件在上述實驗的基礎上，本研究繼續進行對萃取條件進行優化的實驗，實驗條件為:萃取溫度50℃，相比R=1∶4。2．4．1萃取級數的優化在上述萃取條件下，將水樣分別與實驗所選的各萃取劑進行充分混合，然后將其靜置，并分層分析萃余液中COD值和總酚含量。隨著萃取級數的改變而同步變化，并且保持了相同的變化趨勢。觀察變化曲線可以發現:總酚去除率以及COD去除率的變化幅度在萃取級數未到5級前較為明顯，而在萃取級數超過5級后則趨于穩定。這意味著當萃取級數超過5級以后繼續提高級數，并不能顯著去除總酚和COD。因此，將萃取級數定為5級，既能夠保證萃取效果，又能夠節約成本。2．4．2優化萃取相比對于萃取脫酚技術而言，若使用大劑量的萃取劑，無疑會收到較好地效果，但與此同時也增加了成本;而若使用的萃取劑過少，雖然降低了成本，但也難以收到良好的萃取效果。由此可見，相比既與萃取效果息息相關，同時也關乎著污水處理的成本。通過實驗對不同相比下的煤化工污水處理效果進行考察，以此得出最佳的萃取相比。該實驗條件為萃取溫度50℃，萃取級數4級，萃取劑為MIBK。當相比為1∶1時，總酚去除率超過95．00%，COD去除率超過97%;而當相比為1∶4時，總酚去除率以及COD去除率均開始出現明顯下滑。由此得出結論:萃取劑為MIBK時，最佳相比約為1∶4。2．4．3優化萃取溫度萃取溫度對萃取效果也有一定的影響，因此本研究通過實驗，對MIBK在不同溫度下的萃取效果進行考察.在20～70℃的溫度區間內，使用MIBK進行萃取脫酚的效果沒有明顯的變化。筆者認為其原因在于煤化工污水的成分復雜，因此在萃取過程中吸熱與放熱彼此抵消。考慮到煤化工污水進入萃取塔的溫度約為50℃左右，因此本研究認為以MIBK作為萃取劑的前提下，萃取脫酚的溫度應當以50℃左右為宜。
3結語
重點對煤化工污水的萃取脫酚技術進行研究，通過實驗分析確定了MIBK為效果最優的萃取劑，并確定了萃取級數、萃取相比以及萃取溫度等萃取條件的具體優化參數，對于煤化工污水處理技術的應用及發展具有一定參考價值，有助于推進陜北地區循環經濟型煤化工的前進步伐。
參考文獻:
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［2］張立濤，安路陽，王鐘歐，等．含酚廢水萃取脫酚技術研究進展［J］．煤炭加工與綜合利用，2015(12):55－60．
［3］徐勝利，劉陽，孫玉佶，等．乙酸異丙酯萃取酚水中酚的研究［J］．化學工程，2017，45(7):27－31．
作者:李培艷 單位:榆林職業技術學院
