杜娟

（1.山西省生态环境研究中心，太原　030009；2.山西晋环科源环境资源科技有限公司，太原　030024）

煤焦油加氢项目的水污染源及废水预处理技术

杜娟1，2

（1.山西省生态环境研究中心，太原030009；2.山西晋环科源环境资源科技有限公司，太原030024）

简述了国内目前具有良好发展前景的煤焦油加氢项目的生产工艺过程，深入探讨了该类项目在生产运营过程中产生的水污染源，介绍和对比分析了含油废水和酸性废水的不同预处理技术，指出在环境可行、经济可行的前提下，应最大程度地实现废水的处理与资源的回收利用。

煤焦油；加氢；水污染；预处理技术

我国煤炭资源丰富，而石油资源则相对贫乏，故充分利用我国的煤炭资源优势，大力发展清洁能源、实现资源综合利用、生产石油化工替代产品，对于优化我国能源结构，降低石油进口依存度，保证国民经济的可持续发展，具有重要意义。

近年来，以煤焦油或其馏分为原料通过加氢改质以生产高附加值的柴油、石脑油、液化石油气等产品的技术研究得到了广泛的关注［1］。虽然煤焦油加氢技术的逐步工业化在一定程度上实现了煤焦油的精深加工，并且通过转化后的产品获得了经济效益，但在该类项目的实施过程中，存在着一定程度的环境污染问题，特别是水污染，因而，有针对性地寻求加氢项目的废水处理技术对于加氢项目的发展具有至关重要的作用［2］。本文对该类项目在生产运营过程中产生的水污染源进行了分析，特别是对含油废水和酸性废水的不同预处理技术进行了对比分析；进而寻求环境可行、经济可行的水处理工艺以推动煤焦油加氢项目的持续发展。

1　煤焦油加氢项目的水污染源

以煤焦油为原料生产燃料油虽然极大程度地改善了煤焦油质量，但在生产过程中也不可避免地引发了环境影响问题，特别是水污染问题。本文以20万t/a煤焦油加氢项目为例，对其水污染源进行分析。该类项目的生产工艺废水可大致分为两类：含油废水和酸性废水。

（1）含油废水。含油废水主要来源于焦炉煤气压缩及预处理工段分液罐产生的含油废水；氢气净化部分脱氧塔产生的除氧水；加氢预处理工段抽真空系统产生的含油废水；精制产品油经脱水器产生的废水。

（2）酸性废水。酸性废水主要来源于加氢精制工段的冷高压分离器分离出酸性废水、加氢裂化工段的高压分离器和低压分离器分离出酸性废水、预分馏塔顶回流罐分离出酸性废水。

上述水污染源的各污染物产生情况详见表1。

表1　煤焦油加氢项目水污染源及污染物产生情况Tab.1　Water po11ution sources and po11utants of coa1 tar hydrogenation project

煤焦油加氢项目的含油废水、酸性废水，其特征污染物是石油类、硫化氢、氨气等，且浓度较高。对于含油废水、酸性废水应先进行有针对性的预处理后，再进入全厂的生化站进行处理，处理达标后回用或外排。

2　煤焦油加氢项目的废水预处理技术

2.1含油废水预处理技术

煤焦油加氢项目废水的油类污染物一部分来源于提氢工段的分液罐、脱氧塔、加氢预处理工段的抽真空系统以及产品油脱水器；另一部分存在于酸性废水中。酸性废水中的油含量也较高，可能使酸性水预处理塔内积聚大量的油气，破坏塔内应有的气液平衡，造成处理塔的工况运行不稳定，导致净化水质量恶化［3］。所以，对酸性废水应先进行除油处理，之后再进行酸性水的处理。目前，针对油品加工项目的含油废水预处理技术多采用物理法，如重力分离法、气浮法、旋流分离法、聚结法、“罐中罐”法等。

（1）重力分离法。重力分离法利用油、水的密度差和油、水的不相溶性进行油水分离。常用的设备如隔油池，包括平流隔油池、斜板隔油池、波纹斜板隔油池、小型隔油池以及简易隔油井。隔油池水面的浮油可利用集油管排出或采用撇渣机等专用机械撇出，而小隔油池也可进行人工撇油［4］。重力分离技术是应用最广泛、最实用的一种油水分离技术。其优点是能接受任何浓度的含油废水，同时除去大量的污油和悬浮固体等杂质；缺点是不能除去废水中的溶解油和乳化油，处理出水往往达不到排放标准的要求，仅可作为二级处理的预处理。

（2）气浮法。气浮法是使大量微细气泡吸附在欲去除的油珠上，利用气体本身的浮力将污染物带出水面以去除。气浮法按气泡产生方式的不同可分为鼓气气浮、加压气浮和电解气浮等，目前采用较多的是加压气浮法［5］。该法的优点是设备简单，电耗少，工艺成熟，油水分离效果好且稳定；缺点是设备占地面积大，浮油、浮渣难处理。

（3）旋流分离法。旋流分离法分为旋风分离和旋液分离2种，而以水为主体介质的旋液分离器称为水力旋流器，水力旋流器有动态水力旋流和静态水力旋流两大类，其中静态水力旋流器因其无运动元件、构造简单、占地面积小而得到较为广泛的应用［6］。水力旋流分离器的优点是结构简单，设备小，能耗低，可自动除油；缺点是分离器入口的增压泵会引起油水混合液的再次乳化，从而降低了分离效率。

（4）聚结法。聚结法采用油水分离器，主要是利用油和水的密度差，使水中细小的不易分离的油滴在通过不锈钢烧结毡时与不锈钢烧结材料表面发生碰撞、润湿，油滴聚集而尺寸逐渐变大，然后上升至集油器，从而完成油水分离过程［7］。该法的优点是工艺及操作简单，设备小；缺点是出水效果不稳定，受废水含油量高低的影响较大。新型的油水分离器将旋液、粗粒化、沉降3种废水处理工艺结合为一个有机整体，安装在一个密封的卧式容器中，其脱油率较稳定，容易实现自动化脱油［8］。

（5）“罐中罐”法。“罐中罐”法即在废水调节罐的内部加入一个包括水力旋液分离区和沉淀分离区的腔室（即内罐）；在腔室内将水力旋液分离器、自动撇油器和沉淀锥斗连成一个完整的系统；再通过内、外罐的虹吸连通管、周边出水布水堰槽、层流穿孔排水管、倾斜排泥管等，成为组合式的一体化装置［9］。该法的突出优点是集废水调节、均质和油水旋流分离、浮油自动收集及锥形罐底水力排泥等功能为一体，采用高效密闭化、自动排油的除油器。收油排泥操作时可以维持正常运行，设施利用率高。占地少、投资省、装置自动化程度高、收油或排泥操作简便［10］。

2.2酸性废水预处理技术

针对煤焦油加氢项目中酸性废水的处理，目前国内未有成熟可靠的技术，可参考炼油厂酸性废水的处理工艺［4-6］。国内炼油厂对酸性废水的预处理工艺一般采用空气氧化法或蒸汽汽提法。空气氧化法存在处理后废水中盐含量较高的问题，故目前以蒸汽汽提法最为常用。汽提后产生的尾气中硫化氢和氨的浓度较高，也可进一步进行硫化氢和氨回收，用于生产硫磺和液氨等。

（1）氧化法。氧化法按氧化剂的不同性质可分为空气氧化法和化学氧化法。空气氧化法是利用空气中的氧气氧化废水中的有机物和还原性物质。空气氧化法的氧化能力较弱，为提高氧化效果可在高温、高压条件下或使用催化剂。空气氧化法包括一段空气氧化法、一段催化空气氧化法和两段催化空气氧化法等。在催化剂作用下，利用空气中的氧将硫化物氧化成硫代硫酸盐或硫酸盐，采用的催化剂有醌类化合物、锰、铜、铁、钴等金属盐类以及活性炭等［11］。其它的氧化法还有湿式空气氧化法、催化湿式氧化法、超临界水氧化法、臭氧氧化法、双氧水氧化法等。空气氧化法的硫化物去除率可达80%～95%，氨氮去除率可达10%～40%［12］。空气氧化法的优点是设备少，流程简单，投资和操作费用低。缺点是仅适用于酸性水量小、含硫量低的废水；空气氧化尾气有恶臭气味，需要焚烧或吸收处理后才能排放；另外，氧化使得硫以盐的形式固定在废水中，还需进一步除盐。

（2）化学沉淀法。化学沉淀法是采用化学药品与废水中的硫化物或氨氮进行反应，生成沉淀物以达到去除废水中硫化物或氨氮的目的。对于含硫浓度较高的酸性水，通常采用硫酸亚铁作为沉淀剂，使水中的S2-形成FeS和Fe（OH）3沉淀，经过滤除去。针对氨氮，采用向废水中投加镁盐和磷酸盐，生成复盐MgNH4PO4·6H2O沉淀的方法将其脱除［13］。化学沉淀法的优点是脱除效果较高；缺点是沉淀剂的投加量较大，处理费用较高，仅适用于低浓度的废水。

（3）汽提法。酸性废水中所含的硫和氮多半以NH4HS及（NH4）2S的形式存在，通过蒸汽汽提可以将其分解为硫化氢及氨气而除去。蒸汽汽提法既可以回收废水中的大量硫化氢和氨气，也可以脱除废水中的酚类。从经济上考虑，汽提出来的产物可进一步制取硫化钠、硫磺和硫酸、氨水等副产品［13］。蒸汽汽提法主要包括单塔加压侧线抽出汽提、双塔加压汽提、单塔常压汽提等工艺。单塔加压侧线抽出汽提工艺多应用于酸性废水中硫化氢和氨总质量浓度小于50 000 mg/L的情况；双塔加压汽提工艺可应用在硫化氢和氨总质量浓度最高达120 000 mg/L的情况；单塔常压汽提工艺适用于硫化氢和氨总质量浓度小于10 000 mg/L的情况。

单塔加压侧线抽出汽提工艺的流程和设备较简单，装置操作平稳，投资少，每吨原料水的蒸汽单耗为130～180 kg，可在1座汽提塔上同时获得良好的净化水质、高纯度的酸性气和氨气。单塔常压汽提工艺流程简单、设备少、消耗低，建设费用和操作费用低，净化水可以回用，在国内外曾有广泛应用，但该工艺无回收氨气的装置，塔顶气直接焚烧排放可能造成SO2超标，塔顶气去硫回收装置增加了该装置的设计和操作难度［12］。双塔加压汽提工艺对废水量和废水浓度变化适应性强，开停工方便，易建立气液平稳，生产平稳，可同时获得高纯度的酸性气，净化水质好，更适宜于处理高浓度酸性水，但其设备投资费用及蒸汽耗量与前2种工艺相比较高。

3　结语

煤焦油加氢项目不仅实现了煤焦油的精深加工，而且开拓了石油替代品生产的新路线。该类项目生产过程中存在的水污染问题不容忽视，特别是含油废水和酸性废水。在工程实际中，各种废水预处理方法均有其局限性，选用何种处理方法取决于工程实际情况、建设投资费用、运行费用以及当地的环保要求等。

目前的工业生产项目中，清洁生产、循环经济的理念被不断地深化，而针对煤焦油加氢项目的水污染问题，在选取废水处理工艺时，应充分考虑酸性废水中硫化氢和氨气的回收问题以及净化水的出路问题，在环境可行、经济可行的前提下，应最大程度地实现硫回收、氨精制以及净化水的再回用。

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Water pollution sources and wastewater pretreatment technologies of coal tar hydrogenation project

DU Juan1，2
（1.Shanxi Ecological Environment Research Center，Taiyuan 030009，China；2.Shanxi Jinhuan Keyuan Environmental Resources of Science and Technology Co.，Ltd.，Taiyuan 030024，China）

The production process of coa1 tar hydrogenation project，which has a good deve1opment prospect in China，was described brief1y.The water po11ution caused by the production operation of the said kind of project was deep1y discussed，and the different pretreatment techno1ogies for oi1y wastewater and acidic wastewater were introduced and compared.Fina11y，it was pointed out that on the premise of environmenta11y feasib1e and economica11y feasib1e，the imp1ementation of wastewater treatment and resources recyc1ing shou1d be maximized.

coa1 tar；hydrogenation；water po11ution；pretreatment techno1ogy

X784.031

A

1009-2455（2016）02-0011-03

杜娟（1983-），女，山西忻州人，工程师，硕士，主要从事环境影响评价工作，（电子信箱）58461309@qq.com。

2015-11-02（修回稿）