李培艷

(榆林職業(yè)技術(shù)學(xué)院,陜西 榆林 719000)

陜北地區(qū)的煤炭資源具有特低灰、特低硫、中高發(fā)熱量等優(yōu)點(diǎn)，是發(fā)展煤化工產(chǎn)業(yè)的優(yōu)良資源，因此，有著較好的煤化工產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。但與此同時(shí)，該地區(qū)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(jìn)步，污染源頭治理以及全過程污染治理逐漸發(fā)展為主要的環(huán)境治理思想，力求最大化地利用資源，同時(shí)盡可能地減少污染物排放，最終構(gòu)建集清潔生產(chǎn)、資源綜合利用、可持續(xù)等為一體的循環(huán)經(jīng)濟(jì)[1]。有鑒于此，本文就循環(huán)經(jīng)濟(jì)下的陜北地區(qū)煤化工污水處理技術(shù)應(yīng)用問題進(jìn)行探討，以期能夠促進(jìn)煤化工節(jié)能減排以及綜合利用煤炭資源，從而提高煤化工企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益以及社會效益。

1 煤化工污水處理技術(shù)概述

煤化工是以煤炭作為主要的原材料，通過化學(xué)手段對其進(jìn)行加工從而得到液態(tài)、氣態(tài)以及固態(tài)化合物產(chǎn)品。在煤氣化、煤直接液化和煉焦等生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，會產(chǎn)生十分巨大的工業(yè)廢水量，包括氣化廢水、凈化廢水、生活及化驗(yàn)廢水、循環(huán)排污水等等。目前，我國煤化工企業(yè)主要通過預(yù)處理、生化處理、深度處理、回用處理以及高鹽水處理等環(huán)節(jié)進(jìn)行污水處理。

1.1 預(yù)處理

煤化工污水首先要通過預(yù)處理來對其中的酚、氨等資源進(jìn)行回收，并且將其中的油類以及灰渣等雜質(zhì)進(jìn)行分離，使其能夠進(jìn)行后續(xù)的處理環(huán)節(jié)。目前我國煤化工污水預(yù)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(guān)鍵技術(shù)在于萃取與氣浮。萃取技術(shù)主要用于對煤化工污水中的酚、氨等資源進(jìn)行回收，多用于碎煤加壓氣化項(xiàng)目產(chǎn)生的高酚氨污水的預(yù)處理；氣浮技術(shù)則用于去除煤化工污水中的油類物質(zhì)。

1.2 生化處理

經(jīng)過預(yù)處理后的煤化工污水將繼續(xù)進(jìn)行生化處理，即通過微生物對污水中的有機(jī)物進(jìn)行降解。目前，我國煤化工企業(yè)中主要使用活性污泥以及厭氧微生物等技術(shù)來進(jìn)行煤化工污水的生化處理。

活性污泥技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是對于環(huán)境的需求不高，處理效果較為顯著，并且技術(shù)成熟、操作簡單。其缺點(diǎn)是對含酚量較高的煤化工污水難以進(jìn)行有效處理，會生產(chǎn)較多污泥，在管理方面也有著較高的要求。因此，目前該技術(shù)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(shù)的優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)主要在于厭氧微生物需要一定的時(shí)間進(jìn)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(yè)通常將其與其他方面結(jié)合使用。

1.3 深度處理

經(jīng)過預(yù)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(jìn)一步去除其中可能造成環(huán)境破壞的物質(zhì)。在深度處理環(huán)節(jié)，目前我國各煤化工企業(yè)所采用的主要技術(shù)有高級氧化技術(shù)、吸附技術(shù)以及三級生化技術(shù)等。

高級氧化技術(shù)的原理是以電化學(xué)等手段生成羥基自由基(-OH)，以此對煤化工污水中的有機(jī)物進(jìn)行降解處理；吸附技術(shù)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(yīng)用較為廣泛的三級生化技術(shù)是曝氣生物濾池(BAF)，這些三級生化技術(shù)也是通過微生物來對煤化工污水中的污染物進(jìn)行降解處理。

1.4 含鹽污水處理

煤化工污水中的循環(huán)排污水、脫鹽水站排污水等，具有有機(jī)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(jìn)行處理。含鹽污水的處理技術(shù)目前以“超濾+反滲透”為主，通過該技術(shù)能夠使污水中的COD含量降到10 mg/L以下，氨氮的含量降到5 mg/L以下。

1.5 高鹽水處理

通過“超濾+反滲透”等技術(shù)對含鹽污水進(jìn)行處理時(shí)，會產(chǎn)生TDS超過1%的高濃度含鹽污水。陜北地區(qū)因?yàn)樗Y源匱乏沒有納污水體，因此必須對這些高濃度含鹽污水進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)煤化工污水的零排放。目前處理高鹽水的技術(shù)是通過蒸發(fā)塘將水分蒸發(fā)，或者通過蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)回收水分，同時(shí)得到結(jié)晶鹽。

2 煤化工污水萃取脫酚工藝優(yōu)化研究

在上述的煤化工污水處理環(huán)節(jié)中，預(yù)處理作為第1個(gè)環(huán)節(jié)，所要處理的污水量最大、污染物成分最為復(fù)雜，處理難度也最高。本文以陜北地區(qū)某煤化工企業(yè)的污水進(jìn)行萃取實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)針對預(yù)處理環(huán)節(jié)中的萃取技術(shù)展開研究[2-3]。

2.1 污水水質(zhì)分析

本研究用所用的實(shí)驗(yàn)污水取樣于陜北地區(qū)某煤化工企業(yè)，樣本已經(jīng)過氣浮技術(shù)以及蒸氨技術(shù)的處理，用作萃取實(shí)驗(yàn)。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，其部分水質(zhì)分析如表1所示。

表1 陜北地區(qū)某煤化工企業(yè)污水的部分水質(zhì)分析

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(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以此考察上述各種萃取劑的實(shí)際脫酚效果，各萃取劑的物理性質(zhì)參數(shù)如表2所示。

表2 各萃取劑的物理性質(zhì)

二異丙醚沸點(diǎn)相對最低，說明其具有易揮發(fā)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(shí)驗(yàn)效果對比

本研究中通過實(shí)驗(yàn)對苯、甲苯以及MIBK的萃取效果進(jìn)行驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1和圖2所示。

圖1 各萃取劑對總酚的萃取效果

從圖1可以看到：在萃取級數(shù)為1級時(shí)，苯對總酚去除率約為63%，甲苯約為54%，而MIBK則高達(dá)91.00%左右。

圖2 各萃取劑對COD的去除效果

從圖2可以看到：在萃取級數(shù)為1級時(shí)，苯和甲苯對COD去除率約為60%，而MIBK則高達(dá)87%左右。聯(lián)系水樣的成分分析可以發(fā)現(xiàn)，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(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示出MIBK比苯、甲苯具有更好的對COD的去除效果。

根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可以得出結(jié)論：MIBK具有比較苯、甲苯更為優(yōu)秀的萃取脫酚、降COD效果，是該煤化工企業(yè)對污水進(jìn)行萃取脫酚處理的首選萃取劑。

2.4 優(yōu)化萃取條件

在上述實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，本研究繼續(xù)進(jìn)行對萃取條件進(jìn)行優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)條件為：萃取溫度50℃，相比 R=1∶4。

2.4.1 萃取級數(shù)的優(yōu)化

在上述萃取條件下，將水樣分別與實(shí)驗(yàn)所選的各萃取劑進(jìn)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。該實(shí)驗(yàn)的考察結(jié)果如圖3所示。

從圖3所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可以發(fā)現(xiàn)：總酚與COD隨著萃取級數(shù)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(fā)現(xiàn)：總酚去除率以及COD去除率的變化幅度在萃取級數(shù)未到5級前較為明顯，而在萃取級數(shù)超過5級后則趨于穩(wěn)定。這意味著當(dāng)萃取級數(shù)超過5級以后繼續(xù)提高級數(shù)，并不能顯著去除總酚和COD。因此，將萃取級數(shù)定為5級，既能夠保證萃取效果，又能夠節(jié)約成本。

圖3 不同萃取級數(shù)的影響對比

2.4.2 優(yōu)化萃取相比

對于萃取脫酚技術(shù)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(shí)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(guān)，同時(shí)也關(guān)乎著污水處理的成本。通過實(shí)驗(yàn)對不同相比下的煤化工污水處理效果進(jìn)行考察，以此得出最佳的萃取相比。該實(shí)驗(yàn)條件為萃取溫度50℃，萃取級數(shù) 4級，萃取劑為MIBK。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4 所示。

圖4 不同萃取相比的影響對比

從圖4可以看到：當(dāng)相比為1∶1時(shí)，總酚去除率超過95.00%，COD去除率超過97%；而當(dāng)相比為1∶4時(shí)，總酚去除率以及COD去除率均開始出現(xiàn)明顯下滑。由此得出結(jié)論：萃取劑為MIBK時(shí)，最佳相比約為1∶4。

2.4.3 優(yōu)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(shí)驗(yàn)，對MIBK在不同溫度下的萃取效果進(jìn)行考察，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 不同萃取溫度的影響對比

從圖5所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看到：在20～70℃的溫度區(qū)間內(nèi)，使用MIBK進(jìn)行萃取脫酚的效果沒

有明顯的變化。筆者認(rèn)為其原因在于煤化工污水的成分復(fù)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(jìn)入萃取塔的溫度約為50℃左右，因此本研究認(rèn)為以MIBK作為萃取劑的前提下，萃取脫酚的溫度應(yīng)當(dāng)以50℃左右為宜。

3 結(jié) 語

重點(diǎn)對煤化工污水的萃取脫酚技術(shù)進(jìn)行研究，通過實(shí)驗(yàn)分析確定了MIBK為效果最優(yōu)的萃取劑，并確定了萃取級數(shù)、萃取相比以及萃取溫度等萃取條件的具體優(yōu)化參數(shù)，對于煤化工污水處理技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展具有一定參考價(jià)值，有助于推進(jìn)陜北地區(qū)循環(huán)經(jīng)濟(jì)型煤化工的前進(jìn)步伐。

[1] 吳莉娜,史梟,柳婷,等. 煤化工污水特性和處理技術(shù)研究[J]. 科學(xué)技術(shù)與工程,2015,15(9):136-141+147.

[2] 張立濤,安路陽,王鐘歐,等. 含酚廢水萃取脫酚技術(shù)研究進(jìn)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(xué)工程,2017,45(7):27-31.