综述：利用煤水浆回收煤气化废水的进展与挑战

《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Progress and challenges in recycling coal gasification wastewater using coal water slurry

煤气化废水（CGW）的资源回收与无害化处理技术研究综述。本文系统分析CGW的污染特性及资源化潜力，重点探讨煤水浆（CWS）协同气化技术对有机污染物、重金属及生物毒性物质的分解转化机制，揭示其实现碳高效转化（提升1.57%）与低污染排放（冷煤气效率78.6%）的双重优势，并指出工艺稳定性、添加剂适配性及规模化应用等现存挑战。

　　煤炭气化废水（Coal Gasification Wastewater, CGW）是煤炭化学工业生产过程中不可避免的副产物，其处理与资源化利用一直是环保与能源领域关注的焦点。随着煤炭作为重要工业能源的广泛应用，CGW的排放量逐年增加，特别是在中国西北部干旱地区，由于水资源短缺和生态环境脆弱，CGW的处理问题尤为突出。CGW不仅具有较高的生物毒性，还含有大量难以降解的有机物和微量重金属，对环境和人体健康构成潜在威胁。然而，CGW中也富含有机物质，具有较高的热值，因此在资源回收与无害化处理方面展现出巨大的潜力。本文旨在全面总结近年来利用煤水浆（Coal Water Slurry, CWS）技术对CGW进行资源回收和无害化处理的进展，探讨其在能源需求与生态保护之间的平衡，并展望未来的发展方向。

CGW的来源和特性主要与其所采用的气化工艺密切相关。根据不同的气化技术，CGW可分为三类：固定床/移动床气化工艺产生的CGW、流化床气化工艺产生的CGW以及气流床气化工艺产生的CGW。固定床和移动床气化工艺主要应用于煤制天然气、煤制氨/尿素和煤制甲醇/二甲醚等项目，其产生的CGW中含有大量的焦油、酚类化合物、复杂细颗粒以及高粘度污泥。这类废水的处理难度较大，且成本较高。相比之下，流化床气化工艺由于其较高的转化温度和较差的煤质，CGW中会含有较高的无机盐、氨氮和氰化物。然而，由于其较高的碳转化率和广泛的原料适用性，流化床气化工艺产生的CGW中有机污染物的浓度和排放量相对较低。近年来，流化床气化工艺在有机废物共处理方面展现出良好的应用前景，能够有效裂解大部分有机成分，将其转化为低分子量的气体产物，从而提升合成气（syngas）的浓度，降低环境风险。

CGW的组成和特性决定了其处理的复杂性。它通常是一种不透明的悬浮液，包含水、油和固体成分，且富含氨氮、氰化物/硫氰酸盐以及化学需氧量（COD）。不同气化工艺下CGW的污染物种类和浓度存在显著差异。例如，固定床气化工艺产生的CGW中，有机物如多环芳烃（PAHs）和苯系物（BTEXs）的含量较高，而流化床气化工艺产生的CGW中，无机物如氨氮和氰化物的比例相对更大。此外，CGW中还含有微量重金属，如铜、砷、铬、镍、铅、锌和镉等，这些重金属通常以黏土矿物、有机物和硫化物结合的形式存在，具有较强的环境持久性和生物累积性。特别是，CGW中的某些有机污染物和重金属的复合效应可能会对生态系统造成更严重的破坏。

在处理CGW的过程中，传统的物理化学方法虽然能够部分去除污染物，但在资源回收和无害化处理方面存在一定的局限性。因此，近年来研究者开始关注将CGW作为煤水浆（CWWS）的替代水源，通过气化工艺实现资源回收与废水处理的双重目标。这种集成方法不仅可以有效降低CGW的环境风险，还能提高能源利用效率，减少水资源消耗。目前，已有研究表明，利用CGW制备的CWWS在气化过程中能够实现较高的碳转化率和合成气产率，同时还能将部分重金属转化为无害形式或将其捕获在固相产物中，从而提升整体处理效率。

然而，CGW作为煤水浆原料的使用仍面临诸多挑战。首先，CGW的复杂组成可能影响煤水浆的稳定性与流动性，使其在制备和输送过程中容易出现分层、堵塞等问题。其次，CGW中含有的有机污染物和重金属在气化过程中的迁移与释放行为尚不完全明确，需要进一步研究其在不同气化条件下的反应机制。此外，尽管气化工艺在资源回收方面表现出色，但其高能耗和可能产生的二次污染（如有害气体排放和重金属残留）仍然是制约其广泛应用的重要因素。因此，如何在保证气化效率的同时，降低能耗和减少二次污染，是当前研究的重点。

针对上述问题，本文系统回顾了CGW的来源、组成及特性，并详细探讨了煤水浆的制备过程及其影响因素。同时，文章还分析了煤水浆在气化过程中的反应机制、碳转化效率以及产物分布情况。通过引入先进的表征工具和方法，如颗粒相互作用理论和分子动力学模拟，研究者能够更深入地理解CGW与煤粉、分散剂之间的相互作用，从而优化煤水浆的配方和工艺参数。此外，文章还对煤水浆气化技术在实际工业应用中的问题进行了评估，并提出了相应的改进建议。

在未来的发展中，煤水浆气化技术有望成为CGW处理的重要手段。一方面，通过进一步优化分散剂的选择和煤水浆的配方，可以有效提升其稳定性和流动性，从而降低处理成本。另一方面，结合先进的气化反应器设计和控制技术，能够提高碳转化率和合成气产率，同时减少有害气体的排放。此外，随着对CGW中污染物迁移机制研究的深入，可以开发更加高效的重金属捕获和回收技术，进一步提升煤水浆气化技术的环境友好性和经济可行性。

总之，CGW的处理与资源化利用是一个涉及多学科交叉的复杂课题。通过综合运用物理化学、热力学和环境工程等领域的知识，可以有效解决CGW处理过程中存在的问题，实现其从有害废物向可再利用资源的转变。未来，随着技术的不断进步和政策的逐步完善，煤水浆气化技术有望在CGW处理领域发挥更大的作用，为煤炭行业的可持续发展提供有力支持。