Сточные воды от производства полукокса: анализ источников токсичности, экологических опасностей и основных технологий очистки.

В энергетической и химической промышленности производство полукокса — это палка о двух концах. Хотя оно предлагает эффективный способ использования низкосортного угля и приносит экономические выгоды, оно также производит побочный продукт, который можно считать «убийцей окружающей среды» — сточные воды от производства полукокса. Эти темные, зловонные промышленные сточные воды со сложным составом, высокой концентрацией и сильной токсичностью представляют собой серьезную проблему для многих специалистов по охране окружающей среды.

Для эффективной очистки этих сточных вод необходимо глубокое понимание их природы. В этой статье мы выступим в роли «экологического детектива», углубляясь в основные процессы производства полукокса, отслеживая источники различных загрязняющих веществ в сточных водах, тщательно анализируя причиняемый ими ущерб окружающей среде и, в конечном итоге, определяя ключевые технологические инструменты для разрыва этой цепочки загрязнения.

Глава 1: Выявление источника – Откуда берутся «токсичные вещества» в сточных водах, образующихся при производстве полукокса?

Образование полукоксовых сточных вод происходит на протяжении всего процесса низкотемпературной карбонизации (600-800℃) низкосортного угля (например, некоксующегося и слабококсующегося угля), от очистки угольного газа до парового охлаждения. Основные загрязняющие вещества образуются не из воздуха, а являются неизбежными продуктами «крекинга-рекомбинации-переноса» угля, сложного органического вещества, при определенных температурах.

1. «Большое семейство» органических загрязнителей: смолы, фенолы и тугоплавкие органические соединения

Источник: В процессе низкотемпературной карбонизации угля сложные высокомолекулярные полимеры внутри угля (такие как лигнин и целлюлоза) подвергаются пиролизу, но крекинг не является полным. В отличие от высокотемпературного коксования (выше 1000℃), при котором большая часть органических веществ превращается в кокс и газ, средне-низкотемпературные условия предотвращают дальнейшую конденсацию большого количества средне- и низкомолекулярных органических продуктов. Вместо этого они улетучиваются в жидком или газообразном виде и в конечном итоге попадают в сточные воды в процессе конденсации и промывки.

Фенольные соединения: В основном они образуются в результате разложения лигнина и целлюлозы в угле. Фенольные соединения (такие как фенол) и полифенолы образуются легче и остаются в воде при низкотемпературной карбонизации. Это основной источник летучих фенолов (3700-5000 мг/л) и общего количества фенолов (4000-6000 мг/л) в сточных водах.

Полициклические ароматические углеводороды и гетероциклические соединения: В процессе пиролиза угля ароматические структурные единицы подвергаются конденсации и рекомбинации, образуя полициклические ароматические углеводороды, такие как нафталин, антрацен и фенантрен, а также азотсодержащие, кислородсодержащие и серосодержащие гетероциклические соединения, такие как пиридин, хинолин и фуран. Эти вещества имеют стабильные структуры и составляют основные компоненты трудноразлагаемого ХПК (17000-30000 мг/л) и смолы.

Маслянистые вещества: «Масло» в сточных водах представляет собой смесь, включающую тяжелую смолу, легкое масло и эмульгированное масло. Они также являются жидкими продуктами пиролиза угля и вымываются в сточные воды в процессе газовой промывки на основе угля и парового охлаждения, в результате чего общее содержание масла достигает 1200-2000 мг/л.

2. «Смертельная комбинация» неорганических загрязнителей: аммиачный азот, цианид и сульфиды

Источник: Эти загрязнители в основном образуются в результате трансформации гетероатомов (таких как азот и сера), присутствующих в угле в процессе пиролиза.

Аммиачный азот: В условиях сухой перегонки часть азота в угле превращается в азотсодержащие гетероциклические соединения, а другие реагируют с водородом, образуя газообразный аммиак. Этот газообразный аммиак поглощается водой в процессе последующей очистки угольного газа и охлаждения кокса, образуя высокие концентрации аммиачного азота (2000-5000 мг/л).

Цианид: В локализованных высокотемпературных, обедненных кислородом зонах печи сухой перегонки азот и углерод в угле могут реагировать с летучими органическими соединениями, образуя цианистый водород, который затем растворяется в воде, образуя цианид (22-50 мг/л).

Сульфиды: Содержание серы в угле приводит к образованию газов, таких как сероводород, в процессе сухой перегонки, которые затем растворяются в воде, образуя сульфиды.

3. Другие характерные загрязняющие вещества: Взвешенные твердые частицы, цвет и соленость

Взвешенные твердые частицы: В основном из коксовой пыли. В процессе коксования, транспортировки и охлаждения кокса часть кокса разрушается из-за механического износа и термического воздействия, образуя мельчайшие частицы, которые попадают в сточные воды.

Высокая цветность: Темно-коричневый цвет сточных вод, напоминающий цвет соевого соуса, в основном обусловлен большим количеством содержащихся в них хромофоров и ауксохромов. Эти группы присутствуют в фенольных полимерах, макромолекулярных полициклических ароматических углеводородах и гетероциклических соединениях, что приводит к увеличению цвета сточных вод в 10 000–30 000 раз.

Высокая соленость: с одной стороны, она обусловлена неорганическими солями, содержащимися в самом угле, а с другой — водой, используемой в процессе производства, и остатками от таких процессов, как регенерация фенола и аммиака, что приводит к общему содержанию растворенных твердых веществ до 4500-8000 мг/л.

Краткое содержание: Сточные воды коксового производства представляют собой концентрированную жидкость, отражающую «жизненный цикл» угля при сухом перегонном плавлении при низких и средних температурах. Они концентрируют и высвобождают токсичные и вредные вещества, скрытые в угле в жидкой форме, образуя чрезвычайно сложную совокупность загрязняющих веществ.

Глава вторая: Анализ вреда — «тройная экологическая катастрофа», вызванная сточными водами полукоксового производства

Если этот «источник загрязнения» сбрасывается без надлежащей очистки, это создаст многогранную и каскадную серьезную угрозу для водоемов, почвы, организмов и даже здоровья человека.

Катастрофа 1: «Сокрушительный удар» по водным экосистемам

Мгновенные токсические эффекты: Цианид в сточных водах — высокотоксичное вещество, способное напрямую подавлять клеточное дыхание водных организмов, что приводит к массовой гибели рыб и других организмов в короткие сроки. Летучие фенолы также высокотоксичны и могут повреждать жаберные структуры и нервную систему даже в низких концентрациях.

Хроническое удушение и эвтрофикация: Чрезвычайно высокие концентрации аммонийного азота и ХПК, попадающие в водоем, быстро потребляют растворенный кислород. Водоем переходит в анаэробное состояние, что приводит к гибели аэробных организмов и запускает анаэробное брожение, в результате чего вода становится черной и приобретает неприятный запах. В то же время аммонийный азот является отличным питательным веществом для роста водорослей, что может вызвать сильную эвтрофикацию воды, приводящую к «цветению водорослей» или «красным приливам», еще больше нарушая экологический баланс.

Долгосрочная токсичность и биоаккумуляция: Доказано, что многие полициклические ароматические углеводороды и гетероциклические соединения обладают «трехканцерогенным» действием (канцерогенным, тератогенным и мутагенным). Они химически стабильны и трудно разлагаются естественным путем, долгое время остаются в донных отложениях водоемов, накапливаясь в пищевой цепи и в конечном итоге представляя угрозу для человека, находящегося на вершине пищевой цепи.

Катастрофа 2: «Смертельное подавление» систем очистки

«Блокирующее» и «отравляющее» действие маслянистых веществ: Тяжелые и эмульгированные масла в сточных водах покрывают поверхность микроорганизмов, препятствуя их дыханию и усвоению питательных веществ. Что еще серьезнее, они прилипают к наполнителям и компонентам мембран, вызывая засорение оборудования и значительно увеличивая частоту очистки и эксплуатационные расходы. Маслянистые вещества также являются важными факторами, влияющими на ХПК, напрямую увеличивая нагрузку на систему очистки.

«Массовое вымирание» из-за биологической токсичности: Высокие концентрации фенолов и цианидов оказывают смертельное воздействие на микробное сообщество в активном иле. Они могут денатурировать белки и ингибировать активность ферментов, что приводит к разрушению биохимической системы. Это основная причина, по которой сточные воды, содержащие смолы, обладают «крайне низкой биоразлагаемостью». Из-за высокой токсичности и крайне низкой биоразлагаемости очистка сточных вод, содержащих полукокс, непосредственно традиционными биологическими методами крайне неэффективна и часто не соответствует стандартам сброса. «Двойное давление» аммиачного азота: высокие концентрации аммиачного азота подавляют нитрифицирующие бактерии и одновременно создают огромную нагрузку на системы биологической денитрификации, требуя чрезвычайно длительного времени гидравлического удержания и огромного энергопотребления при аэрации, что делает этот процесс крайне неэкономичным и технически нецелесообразным.

Катастрофа 3: «Невидимая эрозия» почвы и урожая

Когда сточные воды от производства полукокса просачиваются в почву или используются для орошения, содержащиеся в них соли и фенольные вещества изменяют физическую структуру и химические свойства почвы, что приводит к ее уплотнению, засолению и снижению плодородия.

Токсичные органические соединения и тяжелые металлы (хотя они не указаны в таблице, они могут присутствовать в самих сточных водах) накапливаются в почве и поглощаются растениями, влияя не только на рост урожая, но и попадая в организм человека через сельскохозяйственную продукцию, представляя опасность для здоровья.

Глава 3: Разрыв порочного круга – Прерывание цепочки загрязнения, начиная с эффективного удаления нефти и предварительной обработки.

Столкнувшись с такой серьезной проблемой, каков путь к эффективной очистке? Ответ: мы должны принять разумную стратегию «дифференцированной предварительной обработки, поэтапного снижения и восстановления ресурсов». В этой стратегии предварительная обработка для удаления нефти является важнейшим и незаменимым первым звеном во всей цепочке очистки.

Почему удаление нефти так важно?

1. Защита последующих процессов: Эффективное удаление масел, особенно эмульгированных, эффективно предотвращает загрязнение и засорение последующих аммиачных отгонных колонн, колонн для экстракции фенола, биохимических бассейнов и мембранных систем, обеспечивая стабильную работу основного процесса.

2. Восстановление ресурсов и снижение нагрузки: Удаленная смола является экономически ценным побочным продуктом. В то же время удаление масел значительно снижает ХПК в сточных водах, существенно уменьшая нагрузку на последующую биохимическую очистку.

3. Устранение биологического ингибирования: Снижение инкапсулирующего и токсического ингибирующего воздействия масел на микроорганизмы создает необходимые условия для повышения биоразлагаемости сточных вод.

Компания Qingdao Brator Environmental Protection Technology Co., Ltd.: поставщик технологических услуг, специализирующийся на удалении масла и предварительной обработке сточных вод газификации угля.

Решая проблемы, связанные со сточными водами, содержащими смолы, которые характеризуются сложным составом, сильной эмульсификацией и трудностями разделения, компания Qingdao Bailida Environmental Protection Technology Co., Ltd., используя свой обширный отраслевой опыт и технологические инновации, разработала систему «трехступенчатого каскадного удаления масла», специально предназначенную для решения этих постоянных проблем.

Первая ступень: система типа GZ «резервуар в резервуаре» – эта система, являющаяся передовой, объединяет регулирование, циклон и гравитационное осаждение, эффективно удаляя большую часть свободного масла и крупнодисперсного масла, одновременно снижая содержание взвешенных твердых частиц, что открывает путь для последующей высокоточной обработки.

Второй этап: «Микропузырьковый циклонный сепаратор» типа WXFL – ключевое решение проблемы, сочетающее циклонные и микропузырьковые технологии для эффективного удаления мелкодисперсного масла и глубокой очистки взвешенных твердых частиц, значительно улучшая внешний вид и качество очищенной воды.

Третий этап: «Высокоточный масло-водяной сепаратор» типа ZJYS – окончательное решение, в основе которого лежит запатентованный блок деэмульсификационного и коалесцентного фильтрующего элемента, разработанный совместно с Китайской академией наук. Он точно решает проблему эмульгированного масла, отделяя микроскопические капли масла посредством физического процесса деэмульсификации-коалесценции, обеспечивая глубокое удаление масла.

Наши обязательства:

Эффективность и стабильность: Содержание масла в очищенной воде стабильно снижается до ≤500 мг/л, что соответствует строгим требованиям последующих процессов.

Экономичность и экологичность: Весь процесс в основном использует физические методы, исключая необходимость в химических добавках и предотвращая увеличение количества осадка и вторичное загрязнение в источнике.

Надежная технология: Мы обладаем многочисленными патентами на изобретения, а наше оборудование представляет собой модульную конструкцию с высокой степенью автоматизации, что помогает вашей компании достичь стабильного соответствия требованиям и экологически устойчивого развития.

Заключение

Полукоксовые сточные воды представляют собой серьезную экологическую проблему, остающуюся после процесса переработки угля. Только отслеживая источник и понимая характер вредного воздействия, мы можем использовать точные технологические решения для разрыва цепочки загрязнения. Компания Qingdao Brator Environmental Protection Technology Co., Ltd. готова стать вашим надежным партнером на пути к очистке, предлагая профессиональные решения по предварительной очистке с удалением масла, совместно защищая наши зеленые горы и чистые воды и способствуя чистому, эффективному и устойчивому будущему для коксовой промышленности.