煤化工廢水處理技術(shù)的研究進展

羅欣欣，薛科創(chuàng)，成 琳

（1.中國電建集團 西北勘測設(shè)計研究院有限公司，陜西 西安710065；2.陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 化學(xué)工程學(xué)院，陜西 西安710300；3.陜西昕宇表面工程有限公司，陜西 西安710003）

所謂煤化工，就是以煤炭作為原料，將其轉(zhuǎn)化為化工原料及產(chǎn)品的工業(yè)。目前，煤炭的處理方式基本有3種方式，即煉焦工藝、煤液化工藝、煤氣化工藝。煤制甲醇、煤制烯烴工藝等，這些煤化工工藝都會產(chǎn)生大量的廢水。

1 煤化工廢水的種類[1]

1.1 煤氣化廢水

目前，國內(nèi)對于煤氣化的典型工藝主要有3種。傳統(tǒng)的“德士古”煤氣化工藝，是在煤中加入一定量的水將煤制備成水煤漿然后進行氣化，氣化后產(chǎn)生的熱煤氣和高溫熔渣在激冷室中用水浴冷卻，煤氣被水冷卻后夾雜著水蒸氣離開氣化爐；離開氣化爐的氣體經(jīng)碳洗塔等洗滌器除去煤氣中的粉塵并將煤氣再次冷卻后送至變換工段。可以看出：從水煤漿的制備到熱氣體的冷卻及熔渣的冷卻，再到氣體的洗滌都用到了水，勢必會產(chǎn)生大量的廢水。另外的魯奇加壓氣化技術(shù)或者以粉煤為原料的"殼牌"氣化技術(shù)，氣化產(chǎn)生的煤氣需要冷卻、洗滌及凈化，這些過程都會產(chǎn)生大量的廢水[2]。

1.2 煤液化廢水

所謂煤炭的間接液化工藝，是將煤炭轉(zhuǎn)變?yōu)楹铣蓺猓缓笤賹⒑铣蓺廪D(zhuǎn)變?yōu)橐后w燃料的過程。煤炭的凈化以及合成氣的除塵、洗滌、凈化都會產(chǎn)生大量的廢水。

1.3 煉焦廢水

對于煤炭的煉焦過程，煤炭在缺氧高溫的環(huán)境下發(fā)生分解，生成含有粗苯、煤焦油、焦爐氣及焦炭產(chǎn)品的工藝[3]。在這一過程中，產(chǎn)生的大量冷卻廢水中溶解了酚類、含硫化合物、稠環(huán)化合物、雜環(huán)化合物等，使廢水的成分非常復(fù)雜，給處理帶來了難度。

從煤化工生產(chǎn)工藝過程來看，煤化工廢水具有水量大，而且廢水中含有的物質(zhì)種類多[4]，例如：酚類、焦油、NH3-N、含硫化合物、CO2等；此外，因粉塵的大量存在，是廢水呈現(xiàn)黑褐色，含有的焦油使水體乳化，增加了處理難度。因此，必須通過幾種方式結(jié)合的方法，

2 煤化工廢水處理工藝

對于煤化工廢水的處理工藝，包括一級處理工藝、二級處理工藝以及深度處理工藝。一級處理工藝是利用傳統(tǒng)的物理處理方法，例如：自然沉降、過濾、氣浮、萃取、汽提等處理方法，目的是除去廢水中由于凈化煤氣帶入的部分灰渣以及煉焦、煤液化帶入的焦油類物質(zhì)。一級處理工藝中主要是對廢水中物質(zhì)的回收，這樣既有利資源的回收利用，又對廢水的處理降低了難度。常用的方法有溶劑萃取、汽提、吸附和離子交換等等。例如煤氣化廢水含有的酚類物質(zhì)和氨類物質(zhì)經(jīng)過萃取和汽提后，其中酚類物質(zhì)的含量能降低99%以上，氨含量能降低98%以上，COD含量也降低90%以上，對后續(xù)的處理更為有利。

煤化工廢水的二級處理工藝主要是生化法，例如缺氧-好氧工藝、生物鐵法、活性污泥法等。一般的煤化工廢水經(jīng)二級處理工藝后，基本上能排放標準，對于有些污染物如果達不到標準，就要進行深度處理。

2.1 一級處理工藝

2.1.1 酚類物質(zhì)的回收 對于煤化工廢水，首先進行一級處理，回收其中的物質(zhì)。對于酚的回收，有蒸汽脫酚、吸附脫酚和萃取脫酚3種工藝[5,6]。蒸汽脫酚是將含有酚類化合物的煤化工廢水從脫酚塔的頂部進入脫酚塔，蒸汽從脫酚塔的底部進入脫酚塔，廢水與蒸汽在脫酚塔反向流動，從而增加了接觸面積，蒸汽將揮發(fā)酚變成氣體和蒸汽一起從脫酚塔的塔頂流出，從而降低廢水中酚類化合物的目的。含有酚類化合物的蒸汽進入再生塔，和堿液反應(yīng)后使酚類化合物生成鹽進而結(jié)晶回收。該工藝具有操作簡單，對環(huán)境影響較小的優(yōu)點。但是除去廢水中酚類化合物的效率不高，僅有80%左右，而且需要使用大量的蒸汽，能耗比較大，其工藝見圖1。所謂附脫酚工藝，采用一種材料，其具有良好的吸附能力，讓這種材料與廢水接觸，從而吸附廢水中的酚類物質(zhì)，吸附達到一定的程度，再將酚類物質(zhì)解吸出來從而進行回收酚的方法。溶劑萃取脫酚是用一種特殊的溶劑，這種溶劑對于酚類物質(zhì)有很大的溶解度，從而使廢水中的酚類物質(zhì)溶解在里面，以達到除去酚類物質(zhì)的目的，而且在酚類物質(zhì)的回收過程中，還可以除去部分酸性氣體。常用的溶劑有甲基異丁基酮、二異丙基醚等。

圖1 酚的回收工藝Fig.1 Recovery process of phenol

2.1.2 除去油類物質(zhì)及懸浮物 在煤化工廢水預(yù)處理時，需要除去廢水中的油類物質(zhì)以及懸浮物，常用的方法有：氣浮法，隔油法等[7]。所謂氣浮法：就是通過向氣浮曝氣，使廢水中產(chǎn)生大量的氣泡，這些氣泡能夠和廢水中的污染物作用[8]，從而與污染物粘結(jié)，由于氣泡的浮力作用，氣泡會帶著污染物漂浮在水面上，大量帶有污染物的氣泡會變成泡沫，然后利用設(shè)備將泡沫從水面上刮除，是一種實現(xiàn)固液分離或液液分離的過程。

2.2 二級處理工藝

2.2.1 生物鐵法 生物鐵法工藝是在曝氣池中加入一定量的FeSO4，是一種強氧化生物處理方法，加入FeSO4后，能夠使曝氣池中活性污泥的濃度有一定的提高，對廢水的處理效果有所提高。該工藝由3部分組成：首先是預(yù)處理階段，對煤化工廢水中的污染物進行調(diào)節(jié)、除去廢水中的油類物質(zhì)、除去廢水中的固體顆粒等、其工藝主要有自然沉降、重力除油、氣浮除油、均調(diào)等；其次是生化處理階段，主要是通過活性污泥中的微生物和廢水中的污染物進行生化反應(yīng)，以降低廢水的COD等指標，這一階段由4部分組成，即曝氣、沉淀、再曝氣、再沉淀；第三階段是物理化學(xué)處理階段，通過化學(xué)混凝、沉淀、過濾等方法以除去第二階段生化處理之后懸浮在水中的污染物，主要處理方法有混凝沉淀、過濾等方法。

2.2.2 活性污泥法 活性污泥法[9,10]是一種在活性污泥池底布置好多曝氣孔，通過不斷的曝氣，使廢水中的溶解氧量得以增加，且使得活性污泥懸浮并分散于活性污泥池中，這樣廢水便能和污泥中的微生物充分接觸，廢水中的有機物質(zhì)在好氧微生物作用下得以降解、去除，好氧微生物在降解廢水中的污染物的作用下同時產(chǎn)生了新的微生物，這樣便維持了活性污泥中微生物的平衡，從而使反應(yīng)能夠進行下去。

2.2.3 缺氧-好氧（A-O）工藝 使用傳統(tǒng)的活性污泥法在處理煤化工廢水時，能夠?qū)U水中的酚類化合物、氰類化合物進行有效的處理，但對于影響COD的難于降解的物質(zhì)和氨氮類物質(zhì)很難去除，而缺氧-好氧（A-O）工藝對廢水中的氨氮類物質(zhì)有很好的去除率。其工藝路線是：首先進行缺氧過程，然后進行好氧過程，讓污泥從活性污泥池外面回流，反硝化反應(yīng)在缺氧過程進行，硝化反應(yīng)在好氧過程進行，煤化工廢水首先進入缺氧池，然后在流入好氧池和活性污泥接觸，進行反應(yīng)。在硝化池中進行延時曝氣，從而產(chǎn)生缺氧環(huán)境，從而進行反硝化反應(yīng)，在無氧的條件下，微生物利用有機物-碳源，將產(chǎn)生的硝酸鹽和亞硝酸鹽還原成N2排出，以達到脫氮的目的。在硝化階段，將NH3-N轉(zhuǎn)化成硝酸鹽和亞硝酸鹽[10]。

2.3 深度處理工藝

2.3.1 混凝沉降法 混凝沉降法[12]是在廢水中加入混凝劑（聚丙烯酰胺），聚丙烯酰胺能夠讓絮凝廢水中的膠體和細微懸浮物，然后通過沉淀進行分離從而除去污染物的水處理法?；炷两捣▽档蛷U水的濁度、色度有利，此外也可以去除廢水中的有機物和無機物、并且對污泥的脫水性能有很好的改善作用，而且混凝設(shè)備簡單，操作方便，容易運行，對廢水有很好的處理效果，但通過混凝，再進行沉淀，會產(chǎn)生大量的污泥，污泥的壓縮，運輸費用大。

2.3.2 生物膜技術(shù) 使用生物膜技術(shù)處理煤化工廢水，不僅可以去除廢水中的有機污染物，而且對水的硬度以及其他鹽類物質(zhì)，有良好的處理能力，因此，生物膜技術(shù)是一項具有很大發(fā)展前景的技術(shù)。陳佳毅[13]等人報道了生物膜技術(shù)在處理焦化廢水、半焦廢水以及煤氣化廢水中的應(yīng)用，膜技術(shù)因為在處理過程中沒有化學(xué)反應(yīng)、而且能耗低，因此，被廣泛采用。將生物膜的組分和結(jié)構(gòu)進行調(diào)整，可以滿足不同出水標準的要求，具有很好的發(fā)展前景。

3 煤化工廢水處理的高新技術(shù)

3.1 Fenton試劑處理技術(shù)

所謂Fenton試劑處理技術(shù)[14,15]，其方法是在二價鐵離子試劑中加入H2O2，產(chǎn)生的Fe3+激發(fā)反應(yīng)，使得H2O2產(chǎn)生氧化性很強的羥基自由基（·OH），利用羥基自由基對廢水中各種有機物質(zhì)進行氧化，以達到處理的目的。李培艷[16]的研究結(jié)果表明：在FeSO4溶液中，加入一定量的過氧化氫，對降低廢水中的COD有一個優(yōu)良的效果。

3.2 超聲波處理廢水中有機物技術(shù)

最近幾年產(chǎn)生了一項處理煤化工廢水的高新技術(shù)，就是利用超聲波或者微波講解煤化工廢水的污染物[17]，尤其可以處理廢水中一些難處理的污染物。利用產(chǎn)生的超聲波或者微波，使分子相互碰撞而斷裂化學(xué)鍵，因此，可以用于處理廢水中的污染物。

4 結(jié)語

本文敘述了煤化工廢水的種類，根據(jù)煤化工廢水的特點提出了煤化工廢水的處理方法：煤化工廢水處理工藝包括一級處理工藝、二級處理工藝以及深度處理工藝。一級處理工藝是利用傳統(tǒng)的物理處理方法，例如：自然沉降、過濾、氣浮、萃取、汽提等處理方法，目的是除去廢水中由于凈化煤氣帶入的部分灰渣以及煉焦、煤液化帶入的焦油類物質(zhì)；二級處理工藝主要是生化法，例如缺氧-好氧工藝、生物鐵法、活性污泥法等；一般的煤化工廢水經(jīng)二級處理工藝后，基本上能排放標準，對于有些污染物如果達不到標準，就要進行深度處理。最后對煤化工廢水處理的高新技術(shù)進行了論述。