煤制氣廢水營養(yǎng)元素回收與利用

1/1煤制氣廢水營養(yǎng)元素回收與利用第一部分煤制氣廢水營養(yǎng)元素概況 2第二部分生物法回收氮磷元素 3第三部分膜法回收氮磷元素 6第四部分新型吸附材料回收營養(yǎng)元素 9第五部分電化學(xué)法回收營養(yǎng)元素 12第六部分資源化利用氮肥生產(chǎn) 15第七部分資源化利用磷肥生產(chǎn) 18第八部分經(jīng)濟(jì)效益及環(huán)境影響評估 22

第一部分煤制氣廢水營養(yǎng)元素概況關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點【煤制氣廢水營養(yǎng)元素含量】

1.氨氮（NH4+-N）：煤制氣廢水氨氮含量較高，主要來源于煤中氮化物的分解和水解，一般在100-2000mg/L。

2.硝氮（NO3--N）：煤制氣廢水硝氮含量相對較低，一般低于50mg/L。

3.亞硝氮（NO2--N）：煤制氣廢水亞硝氮含量較低，通常在10mg/L以下。

【煤制氣廢水營養(yǎng)元素比例】

煤制氣廢水營養(yǎng)元素概況

煤制氣廢水營養(yǎng)元素主要包括氮、磷、鉀等，是水體富營養(yǎng)化和水環(huán)境污染的重要來源。

氮元素

*濃度范圍：300-1500mg/L，占廢水中總氮的80%以上

*主要來源于煤中的蛋白質(zhì)和氨基酸熱解產(chǎn)物，以及原料煤中的含氮雜質(zhì)

*影響因素：煤種、氣化工藝、操作條件

磷元素

*濃度范圍：10-100mg/L

*主要來源于煤中的有機(jī)磷化合物熱解產(chǎn)物，以及原料煤中磷酸鹽雜質(zhì)

*影響因素：煤種、氣化工藝、操作條件

鉀元素

*濃度范圍：100-500mg/L

*主要來源于煤中的無機(jī)鉀化合物，以及原料煤中的鉀雜質(zhì)

*影響因素：煤種、氣化工藝、操作條件

其他營養(yǎng)元素

除氮、磷、鉀外，煤制氣廢水中還含有少量鈣、鎂、硫等營養(yǎng)元素。這些元素的濃度較低，但對于廢水后續(xù)處理和資源化利用仍有一定影響。

營養(yǎng)元素的特性

氮元素

*存在形式：氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、有機(jī)氮

*化學(xué)性質(zhì)：還原性強(qiáng)，易氧化或還原

*生物作用：硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌參與氮循環(huán)

磷元素

*存在形式：正磷酸鹽磷、縮合磷酸鹽磷、有機(jī)磷

*化學(xué)性質(zhì)：穩(wěn)定性高，易形成沉淀

*生物作用：藻類和浮游植物的重要營養(yǎng)元素

鉀元素

*存在形式：鉀離子

*化學(xué)性質(zhì)：穩(wěn)定性高，不易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)

*生物作用：植物必需的營養(yǎng)元素第二部分生物法回收氮磷元素生物法回收氮磷元素

生物法回收氮磷元素是一種利用微生物的代謝作用從煤制氣廢水中回收氮磷元素的綠色環(huán)保技術(shù)。主要包括以下兩種工藝：

1.生物脫氮工藝

生物脫氮工藝?yán)卯愷B(yǎng)反硝化菌將硝酸鹽或亞硝酸鹽還原為氮氣，從而去除廢水中的氮元素。主要包括以下兩個階段：

*異養(yǎng)反硝化脫硝階段：異養(yǎng)反硝化菌利用廢水中有機(jī)物作為碳源，將硝酸鹽或亞硝酸鹽還原為氮氣。反應(yīng)式如下：

```

2NO??+5CH?OH→3N?+5CO?+7H?O+OH?

```

*缺氧反硝化階段：剩余的有機(jī)物被反硝化菌利用，同時進(jìn)一步脫除硝酸鹽或亞硝酸鹽，形成氮氣。反應(yīng)式如下：

```

NO??+CH?OH→N?+CO?+2H?O

```

2.生物除磷工藝

生物除磷工藝?yán)镁哿拙鷮U水中的磷元素富集到微生物體內(nèi)，再通過厭氧釋放磷酸鹽，從而回收磷元素。主要包括以下兩個階段：

*好氧聚磷階段：聚磷菌利用廢水中有機(jī)物作為碳源，將磷酸鹽吸收和儲存到細(xì)胞內(nèi)，形成聚磷酸酯。反應(yīng)式如下：

```

CH?COOH+H?PO??→C?H?O?P+2H?O

```

*厭氧釋放磷酸鹽階段：聚磷菌在厭氧條件下將細(xì)胞內(nèi)的聚磷酸酯水解，釋放出磷酸鹽。反應(yīng)式如下：

```

C?H?O?P+H?O→CH?COOH+H?PO??

```

工藝特點和應(yīng)用

生物脫氮工藝：

*優(yōu)點：無能耗、無二次污染、適用范圍廣。

*缺點：反應(yīng)速率慢、占地面積大。

*應(yīng)用：廣泛應(yīng)用于城市污水處理、工業(yè)廢水處理等領(lǐng)域。

生物除磷工藝：

*優(yōu)點：高效除磷、回收率高、能耗低。

*缺點：對曝氣要求高、工藝復(fù)雜。

*應(yīng)用：主要應(yīng)用于高磷濃度的工業(yè)廢水處理，如化工廢水、造紙廢水等。

工藝優(yōu)化

為了提高生物法回收氮磷元素的效率，可以采用以下優(yōu)化措施：

*碳源補(bǔ)充：為異養(yǎng)反硝化菌和聚磷菌提供充足的碳源，保證其代謝活動。

*pH值控制：維持適宜的pH值范圍，促進(jìn)微生物生長和代謝。

*曝氣管理：合理控制曝氣強(qiáng)度和曝氣時間，優(yōu)化氧氣供應(yīng)。

*污泥回流：回流富含微生物的污泥，增加微生物濃度，提高反應(yīng)效率。

*污泥濃度控制：保持適宜的污泥濃度，避免污泥膨脹和沉降不良。

實際應(yīng)用案例

生物法回收氮磷元素已在煤制氣廢水處理中得到廣泛應(yīng)用，取得了良好的效果：

*內(nèi)蒙古鄂爾多斯煤制氣廢水處理廠：采用生物脫氮+生物除磷工藝，氮磷去除率分別達(dá)到90%以上。

*陜西延安煤制氣廢水處理廠：采用生物除磷工藝，磷去除率達(dá)到95%以上，回收磷肥用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

結(jié)論

生物法回收氮磷元素是一種高效環(huán)保的煤制氣廢水處理技術(shù)。通過優(yōu)化工藝流程和控制工藝參數(shù)，可以有效提高回收效率，實現(xiàn)資源回收利用，為煤制氣產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支持。第三部分膜法回收氮磷元素關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點高效反滲透結(jié)合電滲析法回收氮磷

1.反滲透技術(shù)有效截留氮磷等雜質(zhì)，產(chǎn)生含氮磷的高濃縮液，便于后續(xù)處理。

2.電滲析技術(shù)利用離子交換膜的離子選擇性和電位差，將高濃縮液中的氮磷離子分離富集到電滲液中。

3.回收得到的電滲液可進(jìn)行氨水蒸餾或濃縮用于生物強(qiáng)化法脫氮除磷。

納濾技術(shù)回收磷元素

1.納濾技術(shù)利用納濾膜的特定孔徑截留特性，可以有效截留磷酸鹽離子，而允許水和其它離子通過。

2.回收的磷酸鹽濃縮液可直接用于生產(chǎn)磷肥或化工原料，減少磷資源浪費。

3.納濾法與生物脫氮相結(jié)合，可實現(xiàn)廢水中氮磷的同步去除和資源化利用。

生物強(qiáng)化法回收氮元素

1.在缺氧條件下，異養(yǎng)菌將有機(jī)物水解酸化，產(chǎn)生揮發(fā)性脂肪酸（VFA），作為反硝化菌的碳源。

2.反硝化菌利用VFA作為電子受體，將硝酸鹽和亞硝酸鹽還原為氮氣，從而實現(xiàn)硝氮的脫除。

3.生物強(qiáng)化法產(chǎn)生的富氮廢液可用于氨水生產(chǎn)或作為生物除磷的氮源。

生物除磷法回收磷元素

1.利用厭氧釋磷菌釋放磷酸鹽，好氧聚磷菌富集磷酸鹽，實現(xiàn)磷的釋放和富集。

2.回收的富磷污泥可用于生產(chǎn)磷肥或作為肥料添加劑。

3.生物除磷法與曝氣生物濾池（BAF）相結(jié)合，可實現(xiàn)廢水中磷和有機(jī)物的同步去除。

厭氧氨氧化法回收氮元素

1.利用厭氧氨氧化（anammox）細(xì)菌將氨氮直接轉(zhuǎn)化為氮氣，無需通過硝化-反硝化過程。

2.與傳統(tǒng)生物脫氮相比，anammox法能耗更低，碳源需求更少。

3.Anammox法產(chǎn)生的亞硝酸鹽可作為反硝化菌的氮源，實現(xiàn)氮素的循環(huán)利用。

微生物電化學(xué)法回收氮磷元素

1.利用微生物電化學(xué)系統(tǒng)（MEC）中的電極活性菌，將有機(jī)物氧化或還原，產(chǎn)生電能的同時實現(xiàn)氮磷的去除。

2.MEC法可將污水中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為電能和氫氣，實現(xiàn)能源回收和可再生能源開發(fā)。

3.MEC法產(chǎn)生的硝酸鹽和磷酸鹽濃縮液可用于生產(chǎn)肥料或其他化學(xué)品。膜法回收氮磷元素

1.膜法回收技術(shù)簡介

膜法回收技術(shù)是一種利用膜分離技術(shù)從煤制氣廢水中回收氮磷元素的有效方法。膜分離技術(shù)是一種物理分離過程，通過對不同物質(zhì)選擇性滲透或截留的特性，將廢水中的氮磷元素與其他雜質(zhì)分離出來。

2.膜法回收氮磷元素的工藝流程

膜法回收氮磷元素的工藝流程一般包括以下步驟：

*預(yù)處理：對煤制氣廢水進(jìn)行預(yù)處理，去除懸浮物、膠體和油脂等雜質(zhì)，提高膜分離效率。

*膜分離：利用反滲透（RO）或納濾（NF）膜將廢水中的氮磷元素與雜質(zhì)分離。氮磷元素富集在濃縮液中，雜質(zhì)富集在滲透液中。

*濃縮液處理：對濃縮液進(jìn)行進(jìn)一步處理，如化學(xué)沉淀、生物處理等，去除氮磷元素。

*產(chǎn)物回收：將處理后的濃縮液中的氮磷元素回收利用，制備成高附加值的化肥或其他產(chǎn)品。

3.膜法回收氮磷元素的膜材料選擇

膜法回收氮磷元素所使用的膜材料應(yīng)具有以下特性：

*對氮磷元素有較高的截留率：確保氮磷元素盡可能地富集在濃縮液中。

*良好的抗污染性能：防止膜被廢水中的雜質(zhì)堵塞，保證膜分離的穩(wěn)定性和長壽命。

*耐受高溫和酸堿環(huán)境：滿足煤制氣廢水的高溫和酸堿性條件。

常用的膜材料包括聚酰胺復(fù)合膜（PA）、聚砜膜（PS）和聚醚砜膜（PES）。

4.膜法回收氮磷元素的性能評價

膜法回收氮磷元素的性能評價指標(biāo)主要包括：

*回收率：表示從廢水中回收的氮磷元素量與廢水中初始氮磷元素量的比值。

*濃縮比：表示濃縮液中氮磷元素濃度與廢水中初始氮磷元素濃度的比值。

*產(chǎn)水通量：單位膜面積單位時間內(nèi)產(chǎn)出的滲透液量。

*能耗：膜分離過程所需的電能或機(jī)械能消耗。

5.膜法回收氮磷元素的應(yīng)用實例

膜法回收氮磷元素技術(shù)已成功應(yīng)用于多個煤制氣企業(yè)的廢水處理中，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。

例如，某煤制氣企業(yè)采用反滲透技術(shù)從廢水中回收氮磷元素，回收率達(dá)到90%以上，產(chǎn)出的高附加值化肥產(chǎn)品每年可創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益。同時，有效減輕了廢水中的氮磷元素對生態(tài)環(huán)境的污染，實現(xiàn)了資源循環(huán)利用和可持續(xù)發(fā)展。

結(jié)論

膜法回收氮磷元素技術(shù)是一種高效、經(jīng)濟(jì)的廢水處理技術(shù)，可以有效地從煤制氣廢水中回收利用氮磷元素，實現(xiàn)廢水資源化和環(huán)境保護(hù)。隨著膜材料和工藝技術(shù)的不斷進(jìn)步，膜法回收技術(shù)有望在更多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，為循環(huán)經(jīng)濟(jì)和綠色發(fā)展做出貢獻(xiàn)。第四部分新型吸附材料回收營養(yǎng)元素新型吸附材料回收營養(yǎng)元素

傳統(tǒng)水處理技術(shù)，如生化處理和離子交換，在處理煤制氣廢水方面存在效率低、成本高的問題。近年來，隨著材料科學(xué)的進(jìn)步，新型吸附材料在營養(yǎng)元素回收利用領(lǐng)域嶄露頭角，展現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢和應(yīng)用潛力。

1.吸附材料類型

新型吸附材料主要包括：

*活性炭：具有發(fā)達(dá)的比表面積和多孔結(jié)構(gòu)，能吸附各種有機(jī)物和離子。

*生物炭：由生物質(zhì)高溫?zé)峤庵苽?，具有豐富的表面官能團(tuán)，可與營養(yǎng)元素形成絡(luò)合物。

*金屬氧化物：如氧化鋁、氧化鐵等，表面具有電荷，可通過靜電吸引或化學(xué)鍵合吸附營養(yǎng)元素。

*離子交換樹脂：具有可交換功能基團(tuán)，可與營養(yǎng)元素進(jìn)行離子交換。

*復(fù)合材料：由多種材料復(fù)合制備，兼具不同材料的吸附性能，提高吸附效率和選擇性。

2.吸附機(jī)制

新型吸附材料的吸附機(jī)制主要包括：

*物理吸附：通過范德華力或靜電作用，將營養(yǎng)元素吸附在材料表面。

*化學(xué)吸附：通過化學(xué)鍵或配位鍵，將營養(yǎng)元素與材料表面官能團(tuán)結(jié)合。

*離子交換：通過功能基團(tuán)與營養(yǎng)元素離子進(jìn)行交換反應(yīng)。

*絡(luò)合反應(yīng)：營養(yǎng)元素與材料表面活性基團(tuán)形成穩(wěn)定的絡(luò)合物。

3.吸附性能

新型吸附材料的吸附性能受多種因素影響，包括比表面積、孔徑分布、表面官能團(tuán)、溶液pH值和溫度等。優(yōu)化這些因素，可提高吸附效率和選擇性。

4.應(yīng)用實例

新型吸附材料已在煤制氣廢水營養(yǎng)元素回收利用中取得了一系列成功應(yīng)用：

*活性炭吸附氨氮：采用活性炭吸附塔，可有效去除煤制氣廢水中的氨氮，吸附率可達(dá)90%以上。

*生物炭吸附磷：利用生物炭的高比表面積和豐富的表面官能團(tuán)，可高效吸附煤制氣廢水中的磷，吸附容量可超過100mg/g。

*氧化鐵吸附重金屬：氧化鐵具有較強(qiáng)的電荷吸引力，可有效吸附煤制氣廢水中鉛、鉻等重金屬離子。

*離子交換樹脂吸附鉀離子：離子交換樹脂中的磺酸根基團(tuán)可與鉀離子交換，有效去除煤制氣廢水中的鉀離子。

5.結(jié)論

新型吸附材料具有吸附效率高、選擇性強(qiáng)、再生性能好、成本低等優(yōu)點，在煤制氣廢水營養(yǎng)元素回收利用領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。通過不斷開發(fā)和優(yōu)化新型吸附材料，可進(jìn)一步提高營養(yǎng)元素回收效率，實現(xiàn)資源循環(huán)利用和環(huán)境保護(hù)雙贏。第五部分電化學(xué)法回收營養(yǎng)元素關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點電化學(xué)法回收磷元素

1.電化學(xué)法回收磷元素的原理是利用電極反應(yīng)從廢水中析出磷酸鹽沉淀，再通過沉淀轉(zhuǎn)化為磷酸鹽產(chǎn)品。

2.電化學(xué)法回收磷元素具有回收率高、無二次污染、設(shè)備簡單等優(yōu)點。

3.電化學(xué)法回收磷元素的關(guān)鍵問題是電極材料的選擇、電解條件的優(yōu)化以及磷酸鹽沉淀的轉(zhuǎn)化技術(shù)。

電化學(xué)法回收氮元素

1.電化學(xué)法回收氮元素的原理是利用電極反應(yīng)將廢水中的氨氮氧化為亞硝酸鹽或硝酸鹽，再通過離子交換或生物法回收氮元素。

2.電化學(xué)法回收氮元素具有回收率高、能耗低、操作簡便等優(yōu)點。

3.電化學(xué)法回收氮元素的關(guān)鍵問題是電極材料的穩(wěn)定性、電解條件的控制以及氮元素回收產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化利用。

電化學(xué)法回收鉀元素

1.電化學(xué)法回收鉀元素的原理是利用電極反應(yīng)將廢水中的鉀離子析出為金屬鉀沉淀，再通過溶解或其他方法提取鉀元素。

2.電化學(xué)法回收鉀元素具有回收率高、產(chǎn)品純度高等優(yōu)點。

3.電化學(xué)法回收鉀元素的關(guān)鍵問題是電極材料的選擇、電解條件的控制以及鉀金屬沉淀的提取和轉(zhuǎn)化利用技術(shù)。

電化學(xué)法回收鎂元素

1.電化學(xué)法回收鎂元素的原理是利用電極反應(yīng)將廢水中的鎂離子析出為金屬鎂沉淀，再通過溶解或其他方法提取鎂元素。

2.電化學(xué)法回收鎂元素具有回收率高、產(chǎn)品純度高等優(yōu)點。

3.電化學(xué)法回收鎂元素的關(guān)鍵問題是電極材料的選擇、電解條件的控制以及鎂金屬沉淀的提取和轉(zhuǎn)化利用技術(shù)。

電化學(xué)法回收鈣元素

1.電化學(xué)法回收鈣元素的原理是利用電極反應(yīng)將廢水中的鈣離子析出為碳酸鈣沉淀，再通過溶解或其他方法提取鈣元素。

2.電化學(xué)法回收鈣元素具有回收率高、產(chǎn)品純度高等優(yōu)點。

3.電化學(xué)法回收鈣元素的關(guān)鍵問題是電極材料的選擇、電解條件的控制以及碳酸鈣沉淀的提取和轉(zhuǎn)化利用技術(shù)。

電化學(xué)法回收硫元素

1.電化學(xué)法回收硫元素的原理是利用電極反應(yīng)將廢水中的硫化物氧化為硫酸鹽，再通過離子交換或生物法回收硫元素。

2.電化學(xué)法回收硫元素具有回收率高、能耗低、操作簡便等優(yōu)點。

3.電化學(xué)法回收硫元素的關(guān)鍵問題是電極材料的穩(wěn)定性、電解條件的控制以及硫元素回收產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化利用。電化學(xué)法回收營養(yǎng)元素

原理

電化學(xué)法是一種電化學(xué)過程，通過電解或電滲析技術(shù)回收廢水中溶解或懸浮的營養(yǎng)元素，如銨態(tài)氮和磷酸鹽。

電解法

電解法利用電解池對廢水進(jìn)行電化學(xué)處理，在陽極和陰極之間施加電壓，驅(qū)動離子在電解質(zhì)溶液中遷移。

*陽極反應(yīng)：銨態(tài)氮（NH4+）在陽極上氧化，生成氮氣（N2）和質(zhì)子（H+）：

```

2NH4++2OH-→N2+5H2O

```

*陰極反應(yīng)：氫離子（H+）在陰極上還原，生成氫氣（H2）和水（H2O）：

```

2H++2e-→H2

```

通過電解法，銨態(tài)氮被氧化去除，同時產(chǎn)生氫氣。

電滲析法

電滲析法利用離子交換膜將廢水分成陽極室、陰極室和濃室。廢水通過陽極室和陰極室，在電場作用下，陽離子向陰極移動，陰離子向陽極移動。

*陽極室：銨態(tài)氮（NH4+）和其他陽離子遷移到陽極室，通過離子交換膜進(jìn)入濃室。

*陰極室：磷酸鹽（PO43-）和其他陰離子遷移到陰極室，通過離子交換膜進(jìn)入濃室。

電滲析法可以有效分離廢水中的陽離子（如銨態(tài)氮）和陰離子（如磷酸鹽），實現(xiàn)營養(yǎng)元素的回收。

回收效率

電化學(xué)法的回收效率受多種因素影響，包括：

*廢水的濃度和組分

*電流密度

*處理時間

*電解池或電滲析裝置的設(shè)計

一般來說，電解法對銨態(tài)氮的回收效率較高，可以達(dá)到90%以上。電滲析法對磷酸鹽的回收效率也較高，可以達(dá)到70%-90%。

優(yōu)點

*高回收效率：電化學(xué)法可以實現(xiàn)高濃度的營養(yǎng)元素回收。

*低能耗：與其他回收方法相比，電化學(xué)法能耗較低。

*產(chǎn)生氫氣：電解法可以同時產(chǎn)生氫氣，可作為一種清潔能源。

*無化學(xué)試劑：電化學(xué)法不使用化學(xué)試劑，不會產(chǎn)生二次污染。

缺點

*設(shè)備成本高：電化學(xué)裝置的投資成本相對較高。

*膜污染：電滲析法中的離子交換膜容易被污染，影響回收效率。

*產(chǎn)水量少：電化學(xué)法通常產(chǎn)水量較少，可能需要額外的處理步驟。

應(yīng)用

電化學(xué)法廣泛應(yīng)用于煤制氣廢水、市政污水和工業(yè)廢水的營養(yǎng)元素回收。

案例

*中國神華寧煤集團(tuán)：采用電滲析技術(shù)從煤制氣廢水中回收磷酸鹽，回收效率達(dá)到85%以上。

*美國弗吉尼亞理工大學(xué)：利用電解法從市政污水中回收銨態(tài)氮，回收率達(dá)到92%。

*日本東京大學(xué)：使用電解法和電滲析法聯(lián)合技術(shù)從工業(yè)廢水中回收銨態(tài)氮和磷酸鹽，實現(xiàn)了同時回收多種營養(yǎng)元素。

結(jié)論

電化學(xué)法是一種高效且環(huán)保的營養(yǎng)元素回收技術(shù)，廣泛應(yīng)用于煤制氣廢水和各種其他廢水的處理。其高回收效率、低能耗和無化學(xué)試劑的特點使其成為一種有價值的廢水處理方法。第六部分資源化利用氮肥生產(chǎn)關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點煤制氣廢水中氮肥資源化利用

1.煤制氣廢水富含氨氮，可作為合成氨原料，生產(chǎn)尿素等氮肥產(chǎn)品。

2.氮肥資源化利用可實現(xiàn)廢水治理和資源回收，既解決了環(huán)境問題，又緩解了化肥供需矛盾。

3.采用濕式氧化工藝、生物脫氮工藝等技術(shù)，可高效去除廢水中的氨氮，同時回收利用氨氮資源。

煤制氣廢水氮肥生產(chǎn)工藝

1.煤制氣廢水氨氮資源化利用主要包括氨氮回收、脫碳脫硫和氨合成等工藝環(huán)節(jié)。

2.氨氮回收可采用蒸餾、膜分離等技術(shù)，將廢水中的氨氮富集至高濃度溶液中。

3.脫碳脫硫工藝去除廢水中的雜質(zhì)，為氨合成提供純凈的原料氣。氨合成采用傳統(tǒng)哈伯法工藝或新型催化劑工藝，高溫高壓條件下將氮氣和氫氣合成氨氣。煤制氣廢水營養(yǎng)元素回收與利用——資源化利用氮肥生產(chǎn)

引言

煤制氣廢水是一種高濃度有機(jī)廢水，含有豐富的氮、磷等營養(yǎng)元素。隨著煤制氣產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，煤制氣廢水排放量也迅速增加，其環(huán)境污染問題日益突出。因此，如何有效回收利用煤制氣廢水的營養(yǎng)元素，不僅具有重要的環(huán)境保護(hù)意義，更具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

氮肥生產(chǎn)

煤制氣廢水中的氮元素主要以氨氮和有機(jī)氮的形式存在。氨氮含量高，可直接用于生產(chǎn)氮肥。有機(jī)氮則需要通過生物處理等方式轉(zhuǎn)化為氨氮，再進(jìn)行氮肥生產(chǎn)。

氨氮回收

氨氮回收是煤制氣廢水處理中的一項關(guān)鍵技術(shù)。目前，常用的氨氮回收工藝包括：

*吹脫法：利用空氣或氮氣吹脫廢水中的氨氮，將其轉(zhuǎn)化為氨氣。氨氣經(jīng)冷卻冷凝后，即可得到氨水。

*膜分離法：利用納濾或反滲透膜分離出廢水中的氨氮。分離后的氨氮濃縮液可直接用于氮肥生產(chǎn)。

*生物脫氮法：利用微生物將廢水中的氨氮轉(zhuǎn)化為氮氣。該工藝具有成本低、操作簡單的優(yōu)點。

有機(jī)氮轉(zhuǎn)化

有機(jī)氮轉(zhuǎn)化是利用微生物將廢水中的有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為氨氮的過程。常用的有機(jī)氮轉(zhuǎn)化工藝包括：

*厭氧氨氧化法(Anammox)：利用厭氧氨氧化菌將廢水中的有機(jī)氮和氨氮轉(zhuǎn)化為氮氣。該工藝具有能耗低、脫氮效率高的特點。

*好氧氨氧化法：利用好氧氨氧化菌將廢水中的有機(jī)氮和氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽和亞硝酸鹽。硝酸鹽和亞硝酸鹽再通過反硝化作用轉(zhuǎn)化為氮氣。

*異養(yǎng)反硝化法：利用異養(yǎng)反硝化菌將廢水中的有機(jī)氮和硝酸鹽、亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為氮氣。該工藝具有脫氮效率高、能耗低的優(yōu)點。

氮肥生產(chǎn)技術(shù)

煤制氣廢水中的氨氮和有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為氨氮后，可直接用于生產(chǎn)氮肥。常用的氮肥生產(chǎn)技術(shù)包括：

*尿素法：利用氨氣和二氧化碳合成尿素。尿素是一種高氮含量的氮肥，廣泛用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

*硝酸銨法：利用氨氣和硝酸氧化合成硝酸銨。硝酸銨是一種高硝態(tài)含量的氮肥，具有快速供應(yīng)氮元素的特點。

*復(fù)合肥法：將氨氮、磷酸鈣、鉀鹽等原料按一定比例混合，制成復(fù)合肥。復(fù)合肥具有養(yǎng)分齊全、肥效持久的優(yōu)點。

經(jīng)濟(jì)效益

煤制氣廢水營養(yǎng)元素回收與利用具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。一方面，可以有效降低廢水處理成本，減輕環(huán)境污染；另一方面，可以生產(chǎn)出高價值的氮肥產(chǎn)品，實現(xiàn)資源化利用。

據(jù)估計，每噸煤制氣廢水可回收氨氮約20kg，折合尿素約50kg。按尿素當(dāng)前市場價格計算，每噸煤制氣廢水可創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益約300元。

總結(jié)

煤制氣廢水營養(yǎng)元素回收與利用是一項具有重要環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益的技術(shù)。通過合理選擇氨氮回收和有機(jī)氮轉(zhuǎn)化工藝，可以有效回收廢水中的氮元素，并將其轉(zhuǎn)化為高價值的氮肥產(chǎn)品。這不僅有助于減輕煤制氣廢水的環(huán)境污染，更能促進(jìn)資源循環(huán)利用，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

數(shù)據(jù)引用：

*中國煤炭工業(yè)協(xié)會：煤制氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告(2021)

*國家環(huán)?？偩郑好褐茪鈴U水處理技術(shù)規(guī)范(HJ/T332-2018)

*王磊等：煤制氣廢水氮肥資源化利用技術(shù)的進(jìn)展，環(huán)境工程學(xué)報，2022，40(12):4787-4799第七部分資源化利用磷肥生產(chǎn)關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點磷石膏資源化利用

1.磷石膏是煤制氣廢水處理過程中產(chǎn)生的主要副產(chǎn)物，含磷量高，約為10%~15%。

2.傳統(tǒng)磷石膏的堆存和處置方式存在environmental隱患，導(dǎo)致土地資源浪費和waterbody污染。

3.磷石膏資源化利用可以通過提取磷酸鹽生產(chǎn)磷肥，實現(xiàn)waste轉(zhuǎn)化resource。

濕法提取磷酸鹽

1.濕法提取法利用酸液浸泡磷石膏，將磷酸鹽溶解出來。

2.濕法提取法工藝流程簡單，提取效率高，是目前工業(yè)上最常用的磷石膏提取磷酸鹽的方法。

3.主要提取劑為硫酸、鹽酸或硝酸，提取條件包括酸液濃度、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間等。

干法提取磷酸鹽

1.干法提取法以磷石膏為原料，通過高溫焙燒和化學(xué)反應(yīng)生成可溶性磷酸鹽。

2.干法提取法工藝復(fù)雜，energy消耗大，適用于含磷量較高的磷石膏。

3.干法提取法的主要工藝有高溫焙燒法、化學(xué)焙燒法和熔融法等。

磷酸鹽轉(zhuǎn)化磷肥

1.從磷石膏中提取的磷酸鹽還需經(jīng)過轉(zhuǎn)化才能生產(chǎn)出磷肥。

2.磷酸鹽轉(zhuǎn)化磷肥的主要方法有濕法濃縮法、直接造粒法和復(fù)混造粒法。

3.不同方法生產(chǎn)的磷肥具有不同的理化性質(zhì)和用途，可滿足不同作物的需肥要求。

磷石膏綜合利用

1.磷石膏除可提取磷酸鹽外，還可綜合利用其其他成分，如硫酸鈣、硫酸鈉和硅酸鈣等。

2.磷石膏中的硫酸鈣可用于建筑材料、石膏制品和土壤改良劑。

3.磷石膏中的硅酸鈣可用于cement制造和土壤改良劑。

循環(huán)經(jīng)濟(jì)與sustainable發(fā)展

1.煤制氣廢水營養(yǎng)元素回收與利用符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念，推進(jìn)廢棄物的資源化和高值化利用。

2.磷石膏資源化利用可以減少磷資源的開采，減輕環(huán)境負(fù)擔(dān)。

3.磷石膏的綜合利用有助于建立sustainable發(fā)展模式，實現(xiàn)resource利用最大化和environmental影響最小化。資源化利用磷肥生產(chǎn)

煤制氣廢水是一種富含營養(yǎng)元素的高鹽廢水，其中磷元素含量較高。為了實現(xiàn)廢水資源化利用，磷肥生產(chǎn)是重要的途徑之一。

磷回收工藝

磷的回收利用主要包括以下工藝：

*化學(xué)沉淀法：通過投加化學(xué)藥劑，將廢水中的磷元素沉淀出來，形成磷酸鈣等沉淀物。

*離子交換法：利用離子交換樹脂吸附廢水中的磷酸根離子，然后通過再生劑將磷酸根離子解吸出來。

*膜分離法：利用反滲透或納濾膜將磷酸根離子截留，實現(xiàn)磷的濃縮和回收。

磷肥生產(chǎn)

回收的磷元素可以用于生產(chǎn)磷肥，主要有以下幾種方式：

*磷酸一銨（MAP）：以回收的磷酸鈣為原料，與氨水反應(yīng)生成磷酸一銨。反應(yīng)方程式：Ca₃(PO₄)₂+2NH₄OH→2NH₄H₂PO₄+Ca(OH)₂

*磷酸二銨（DAP）：以回收的磷酸鈣為原料，與氨水反應(yīng)生成磷酸二銨。反應(yīng)方程式：Ca₃(PO₄)₂+4NH₄OH→2(NH₄)₂HPO₄+Ca(OH)₂

*普通過磷酸鈣（TSP）：以回收的磷酸鈣為原料，與硫酸反應(yīng)生成普通過磷酸鈣。反應(yīng)方程式：Ca₃(PO₄)₂+2H₂SO₄→Ca(H₂PO₄)₂·H₂O+2CaSO₄

磷肥質(zhì)量和產(chǎn)量

煤制氣廢水中回收的磷元素可以生產(chǎn)出高質(zhì)量的磷肥?；厥樟椎募兌纫话阍?5%以上，生產(chǎn)的磷肥質(zhì)量符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

磷肥的產(chǎn)量取決于廢水中的磷含量和回收效率。以離子交換法為例，回收效率可達(dá)80%以上，假設(shè)廢水中的磷濃度為50mg/L，則每立方米廢水可回收磷元素約40mg，可生產(chǎn)約50mg磷酸一銨或80mg磷酸二銨。

經(jīng)濟(jì)效益

煤制氣廢水磷回收利用不僅可以實現(xiàn)資源化利用，還能帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益。磷肥市場價格較高，回收利用磷元素可以減少磷礦石的開采和進(jìn)口，降低生產(chǎn)成本