煤化工廢水處理技術(shù)與工藝應(yīng)用改進(jìn)

鄭 俊

（中國核電工程有限公司，北京 100840）

通常煤化工行業(yè)生產(chǎn)的廢水包含煤制油廢水、煤氣化廢水、焦化廢水等類型，不同廢水在水質(zhì)上存在顯著差異，對廢水處理技術(shù)也提出了一定要求。當(dāng)前常用預(yù)處理+生物處理+深度處理工藝進(jìn)行廢水處理，但在實(shí)際應(yīng)用上仍存在出水不達(dá)標(biāo)、運(yùn)行不穩(wěn)定現(xiàn)象，對其進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)與工藝升級提出了迫切要求。

1 煤化工廢水處理技術(shù)分析

1.1 預(yù)處理工藝

1.1.1 回收酚氨

采用萃取法進(jìn)行廢水脫酚處理，選取甲基異丁基酮、二異丙基醚等作為萃取劑，將含酚廢水冷卻后送入萃取塔上部，利用循環(huán)油泵將萃取劑打入塔底，令廢水與萃取劑在塔中逆流接觸后，提取出廢水中的酚并將其轉(zhuǎn)移至溶劑油中，使溶劑油從塔頂進(jìn)入到堿洗塔，經(jīng)由化學(xué)反應(yīng)后生成酚鹽，脫酚后的溶劑油進(jìn)入油槽中循環(huán)利用。利用萃取法進(jìn)行廢水處理可使脫酚率達(dá)到80%、脫氰率達(dá)到約50%，且能夠有效回收酚鹽，然而廢水的堿度將一定程度上影響到脫酚率，且選用的萃取劑部分溶于水，仍需針對廢水作進(jìn)一步處理。采用蒸汽汽提法進(jìn)行廢水脫氨處理，可有效去除廢水中的易揮發(fā)性物質(zhì)，但其處理過程需在高溫高壓環(huán)境下進(jìn)行，易引發(fā)設(shè)備嚴(yán)重腐蝕問題，造成較大能耗。

1.1.2 去除油類與懸浮物

當(dāng)前常采用混凝沉淀法、氣浮法、沉淀法等工藝處理廢水中的油類物質(zhì)與懸浮物。以氣浮法為例，該方法具有便于排渣、除油效果好、預(yù)曝氣等優(yōu)勢，但在處理過程中易產(chǎn)生釋放器堵塞問題，且能耗較大[1]。在針對焦化廢水進(jìn)行預(yù)處理時(shí)，通常選取在氣浮裝置前部加裝過濾器，用于提升廢水處理效果、最大限度減少廢水的含油量，為后續(xù)生化處理創(chuàng)設(shè)便捷條件。

1.1.3 難降解有機(jī)物處理

煤化工廢水中多含有以含氮雜環(huán)化合物為代表的難降解有機(jī)物與以高濃度致癌性多環(huán)芳烴為代表的毒性物質(zhì)，常選用超聲波氧化、鐵碳微電解等技術(shù)破壞這類有機(jī)物的分子結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)廢水預(yù)處理，降低后續(xù)生化處理難度。

1.2 生物處理工藝

1.2.1 新型生物膜反應(yīng)器

選取密度與水接近的生物填料用于在生化前端高負(fù)荷脫除COD，還可用于生化后端脫除氨氮。采用移動床生物膜反應(yīng)器處理廢水可使COD 去除率超過80%、酚去除率達(dá)到90%，且裝置體積較小、具備良好的抗沖擊負(fù)荷能力，搭配高效脫氮菌強(qiáng)化系統(tǒng)可使脫氮率接近100%，但該處理工藝對于載體流化性能、反應(yīng)器設(shè)計(jì)提出了較高的要求。

1.2.2 生物強(qiáng)化技術(shù)

采用生物強(qiáng)化技術(shù)進(jìn)行廢水處理，選取經(jīng)由基因技術(shù)培育的高效工程菌種添加到生化處理系統(tǒng)中，用于將廢水中的酚類物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可降解物質(zhì)，能夠有效提高COD、氨氮、TP去除率。部分工程在處理焦化廢水時(shí)，選取微生物、酵母菌加入到流化床生物反應(yīng)器內(nèi)，然而卻未能達(dá)到理想的氰化物去除效果，這與廢水中有機(jī)物含量不足、氰化物降解速率較低、菌膠團(tuán)沉降性能不佳存在密切關(guān)聯(lián)。

1.3 深度處理工藝

在針對煤化工廢水進(jìn)行深度處理時(shí)，常用方法包含絮凝法、吸附法、電化學(xué)氧化法等。以絮凝法為例，絮凝劑大體包含金屬鹽類絮凝劑、高分子絮凝劑兩種類型，其中高分子絮凝劑又分為有機(jī)高分子絮凝劑、微生物絮凝劑、無機(jī)高分子絮凝劑等，在最佳工藝條件下COD 去除率可達(dá)到27%～32%，其處理效果有限。采用摻硼金剛石膜電極BDD 處理焦化廢水，其礦化率可接近100%，能夠有效去除生化出水中的氨氮，但該工藝的運(yùn)行成本較高，不易開展實(shí)際操作。

1.4 膜分離技術(shù)

在膜生物反應(yīng)器處理技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用雙膜技術(shù)進(jìn)行廢水處理，利用超濾膜過濾進(jìn)水中的有機(jī)物、降低超濾進(jìn)水的濁度、延長膜的壽命，運(yùn)用反滲膜濾除進(jìn)水的COD 與有機(jī)物，可同時(shí)起到降低COD 含量、脫色、脫鹽作用，出水可直接作為生產(chǎn)循環(huán)用水回用。

2 煤化工廢水處理工藝應(yīng)用的具體改進(jìn)策略

2.1 工程概況

以某煤制化肥項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目以長焰煤作為主要原料、以BGL 碎煤加壓氣化技術(shù)作為主要生產(chǎn)工藝，可年產(chǎn)1 000kt合成氨、1 750kt 尿素。該項(xiàng)目在廢水處理上建有三大水站，其中污水處理站基于EBA 工藝處理酚氨廢水與生活廢水，處理水量為330～370m3/h，致力于實(shí)現(xiàn)生化出水100%回用；回用水站用于處理循環(huán)水站與脫鹽水站排水、污水站深度出水，處理水量可達(dá)700～800m3/h；濃鹽水站用于處理回用水站的反滲透濃水，處理水量約為160m3/h，并將處理后的高濃鹽水送入蒸發(fā)結(jié)晶器中。

2.2 出水COD高問題

通過收集該污水站在2016年7月至2018年4月的進(jìn)出水COD 含量變化數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，在系統(tǒng)運(yùn)行初期其出水濃度不超過50～80mg/L，2017年3月后出水COD 含量呈小幅上升趨勢，2017年12月出水COD 含量超過100mg/L，待2018年4月出水COD 再次下降到80mg/L 以下。造成該現(xiàn)象的主要原因如下：其一是受酚類、氰化物等物質(zhì)的沖擊，影響到前端酚氨回收裝置的運(yùn)行穩(wěn)定性，對BE 池、生化池內(nèi)的生化生長產(chǎn)生抑制作用，導(dǎo)致COD 降解效率下降；其二是BE 池、高密度沉淀池斜管破裂問題，使BE 池內(nèi)生物量下降、出水SS 進(jìn)入臭氧高級氧化池中，削弱其對于COD 的氧化降解能力；其三是好氧段污泥濃度降至3 000～3 300mg/L 以下，增大處理負(fù)荷、產(chǎn)生較多泡沫；其四是BAF 曝氣管發(fā)生局部堵塞問題，引發(fā)曝氣不均現(xiàn)象，影響到生物處理效果[2]。

為改善出水COD 高問題，可首先從A/O 好氧段打入污泥，使污泥回流至BE 池，令BE 池內(nèi)污泥濃度提高到5 000mg/L；其次采用共基質(zhì)生物刺激方法，選取甲醇投入到A/O 池內(nèi)，用于提升有機(jī)物的厭氧降解性能，起到消泡作用；再次增大事故池回流比，借此降低進(jìn)水COD 濃度與處理負(fù)荷，并培養(yǎng)A/O 池優(yōu)勢菌種；最后需把握停車檢修契機(jī)進(jìn)行損壞設(shè)備的維修或更換，確保將出水COD 值控制在80mg/L 以內(nèi)。

2.3 出水氨氮高問題

該污水處理站在2016 年7 月至2017 年11 月期間的出水氨氮始終不超過15mg/L，多數(shù)時(shí)間穩(wěn)定低于1mg/L，然而在2017年11月、2018年2月出現(xiàn)過兩次規(guī)模較大的氨氮沖擊現(xiàn)象，導(dǎo)致其進(jìn)水氨氮濃度為450～500mg/L。究其原因主要體現(xiàn)在以下三方面：其一是氨氮與有毒物質(zhì)沖擊，導(dǎo)致廢水生物毒性增強(qiáng)，且影響到微生物的繁殖；其二是反硝化過程中碳氮比為（1.7～2.8）∶1，無法為反硝化反應(yīng)提供適宜條件，導(dǎo)致出水氨氮濃度上升；其三是碳酸鹽堿度較低。

為改善出水氨氮高問題，可首先加強(qiáng)對酚氨回收裝置的排查工作，將進(jìn)水氨氮濃度控制在350mg/L 以內(nèi)；其二是選取甲醇溶液經(jīng)由消泡管加入到A/O 池中，令碳氮比提高到4 ∶1以上；其三是選取Na2CO3加入到A/O 池中，提高水樣中的碳酸根堿度，使出水氨氮值降至0.5～2mg/L 以下，保障生化處理系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)。

2.4 泡沫與臭氣問題

當(dāng)前生化處理系統(tǒng)中的泡沫問題較為嚴(yán)重，泡沫類型包含化學(xué)泡沫、生物泡沫兩種，多由進(jìn)水濃度過高、污泥濃度較低、曝氣量過大等原因?qū)е?。同時(shí)，在廢水蒸發(fā)、生物代謝、添加藥劑等環(huán)節(jié)還會產(chǎn)生甲醇、臭氧類惡臭性氣體與H2S 類有毒氣體，造成空氣污染。

針對生化池中的泡沫進(jìn)行處理，可選取氮?dú)鈿飧〕?EC 外循環(huán)厭氧高速回流+BE 生物增濃低溶解氧曝氣組合工藝進(jìn)行前處理，用于減少泡沫產(chǎn)生量；選用玻璃鋼防護(hù)罩、消泡鋼管安裝在A/O 池與BE 生物增濃池上方，防止泡沫溢出，并通過噴灑甲醇溶液使泡沫快速溶解，起到消泡作用。同時(shí)，在罩頂采用負(fù)壓抽吸法收集臭氣，在處理間進(jìn)行集中除臭。

3 結(jié)束語

煤化工廢水具有組分復(fù)雜、有機(jī)物含量高、生物毒性大等特點(diǎn)，其處理工藝主要包含預(yù)處理、生物處理與深度處理三道流程，應(yīng)結(jié)合廢水的水質(zhì)特點(diǎn)進(jìn)行處理技術(shù)的靈活搭配，并依據(jù)實(shí)際出水問題進(jìn)行處理工藝的改進(jìn)優(yōu)化，保障系統(tǒng)長期穩(wěn)定運(yùn)行、出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)，為其他煤化工廢水處理共性問題的解決提供借鑒。