煤化工廢水難降解有機物的處理研究

張呈程

(晉能控股煤業(yè)集團廣發(fā)化學(xué)工業(yè)有限公司，山西 大同 037000)

引 言

缺油少氣而帶來的能源對外依存度較高的現(xiàn)狀，使得發(fā)展煤化工，實現(xiàn)“煤代油”，成為了國家平衡能源結(jié)構(gòu)的必然選擇。我國豐富的煤炭資源儲備決定了煤炭的能源戰(zhàn)略地位，也給予煤化工充足的原料保障。煤化工產(chǎn)業(yè)迅速興起，“十三五”期間，國內(nèi)已建成包括煤制油、煤制天然氣在內(nèi)的近70個項目，產(chǎn)業(yè)規(guī)模及質(zhì)量均穩(wěn)步增長。然而，由于煤化工的高耗水特質(zhì)，相關(guān)廢水的處理量大，濃度高且成分復(fù)雜，含有砒啶、咔唑、聯(lián)苯、三聯(lián)苯等難降解的有機化合物，因此伴隨著煤化工的興起也產(chǎn)生了嚴(yán)重的水污染問題。面對國家持續(xù)深入推進生態(tài)環(huán)境治理的趨勢，面對處理后污水回用率要高于 95%的行業(yè)要求，對煤化工廢水中難降解有機物的處理問題已成為影響產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的焦點所在，相應(yīng)的研究將極具現(xiàn)實意義和社會意義。

1 煤化工廢水的來源及其特點

煤化工廢水是指在化學(xué)生產(chǎn)過程中，將煤轉(zhuǎn)化為多種化工產(chǎn)品時，伴隨而產(chǎn)生的含有大量酚、氨氮等有毒有害物質(zhì)和難降解的吲哚類、聯(lián)苯類、吡啶類有機物的工業(yè)廢水。煤化工廢水的主要來源及其相應(yīng)的特點可概括為以下三個方面：

1)焦化廢水：煤高溫裂解得到焦炭和煤氣及其副產(chǎn)品回收過程中伴隨而生的成分復(fù)雜的廢水。該部分廢水的組成隨原煤及煉焦工藝的不同而出現(xiàn)差異化，可含有15類共計五百余種有機物，酚類及氨氮等成分在這部分廢水中的占比相對較高，吡啶、吲哚等雜環(huán)化合物及多環(huán)芳香族化合物則使得焦化廢水表現(xiàn)出生物難降解性和生物毒性。

2)氣化廢水：煤氣發(fā)生爐的煤氣洗滌、冷凝以及凈化時伴隨而生的含有芳香族化合物和雜環(huán)化合物的工業(yè)廢水[1]，其主要特點是氨氮質(zhì)量濃度高、含劇毒性的氰化物，可含有多環(huán)芳烴、苯環(huán)衍生物等難降解有機物，可生化性介于0.15～0.25之間，相應(yīng)的處理負(fù)荷要求高。

3)液化廢水：煤炭在加氫裂化、加氫精制等生產(chǎn)環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的廢水，主要包括高濃度含酚廢水和低濃度含油廢水，前者含苯酚和多環(huán)芳烴，含鹽量低，COD值高，處理難度較大，后者的油含量較高，可達到500 mg/L，而有機物濃度低。

2 特征有機物的降解機制研究

2.1 長鏈烷烴的降解研究

長鏈烷烴是處理難降解有機物必須要面對的難題，在現(xiàn)代的廢水處理工藝中，多采用生物強化降解的方式來滿足減少或去除長鏈烷烴的要求，長鏈烷烴的降解處理方式如第206頁圖1所示。

圖1 長鏈烷烴的降解

2.2 多環(huán)芳烴的降解研究

多環(huán)芳烴的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，且在苯環(huán)數(shù)目增加的情況下，其降解處理難度越大，并逐漸出現(xiàn)抗生物降解性。三環(huán)多環(huán)芳烴作為煤化工廢水中典型的有機物成分，對其降解處理如第206頁圖2所示。

圖2 環(huán)多環(huán)芳烴的降解

2.3 雜環(huán)化合物的降解研究

吡啶、吲哚等雜環(huán)化合物不僅在煤化工廢水中含量較多，而且由于其具有一定的溶解性和抗生物降解性，使得生化處理后，其含量仍可達到廢水中剩余有機物的20%左右，處理后廢水毒性較強的隱患仍未得到有效解決。雜環(huán)化合物尤其是含氮雜環(huán)是通過厭氧呼吸來達到降解的目的[3]，其具體原理如下圖3所示。

圖3 含氮雜環(huán)的降解

3 難降解有機物的處理技術(shù)研究

3.1 傳統(tǒng)物化處理技術(shù)

傳統(tǒng)的煤化工廢水物化處理主要是指利用絮凝法和吸附法來達到強化有機污染物的沉淀和提高COD去除率的目標(biāo)。絮凝法通常是根據(jù)要處理的廢水水質(zhì)，利用有機或無機絮凝劑的添加及相關(guān)物化反應(yīng)的進行，在壓縮雙電層和吸附電中和等作用下，實現(xiàn)反應(yīng)產(chǎn)物的脫穩(wěn)和凝聚，再經(jīng)由適當(dāng)?shù)墓桃悍蛛x處理后，可完成對廢水COD及色度去除度的優(yōu)化。該方法簡單高效、經(jīng)濟實用。吸附法則是利用總比表面積較大、多孔性結(jié)構(gòu)的吸附劑與有機物之間所可能存在化學(xué)鍵及靜電引力等相互作用，從而造成難降解有機物在吸附劑內(nèi)外部附著和積累，增加了COD去除率，較為常規(guī)的吸附劑包括活性炭和樹脂，吸附處理過程通常不產(chǎn)生二次污染，且對水質(zhì)的選擇性較小，在煤化工廢水的實際處理中應(yīng)用較多。

3.2 新型物化處理技術(shù)

傳統(tǒng)的物化處理技術(shù)對難降解有機物的深度處理能力不足，因此，隨著對排廢要求的日益嚴(yán)格，以高級氧化法為代表的新型處理技術(shù)應(yīng)運而生，其主要特點是利用光、電等強能量場的影響或臭氧、過氧化氫等強氧化劑的作用，使得大量的羥基自由基(OH·)等有效氧化物質(zhì)得以產(chǎn)生，憑借其強勁的得電子能力，導(dǎo)致多樣化的自由基鏈反應(yīng)不斷進行，廢水中的有機物也因此被降解為CO2或者小分子物質(zhì)。高級氧化法的具體種類繁多(圖4是根據(jù)產(chǎn)生自由基的方式不同而對高級氧化法進行了劃分)，但普遍具有較高的COD和色度去除率，在一定的實驗條件下，可分別達到80%～92%和90%～96%[2]。

圖4 高級氧化法的分類

3.3 生物處理技術(shù)

生物處理技術(shù)一般而言是指利用經(jīng)過篩選的高效降解菌群和行業(yè)內(nèi)普遍采用A/A/O 組合工藝，達到降解特征有機污染物，提高COD去除率的技術(shù)。該項技術(shù)應(yīng)為范圍最廣，同時技術(shù)工藝由于廢水水質(zhì)的不同而存在一定的多樣性。隨著廢水處理要求的日益嚴(yán)格，生物處理技術(shù)向著豐富的生物群落、較高的氧利用率以及較低的污泥產(chǎn)量等方向不斷深化。

3.4 膜處理技術(shù)

行業(yè)內(nèi)較為認(rèn)可的膜處理技術(shù)是超濾-反滲透技術(shù)和UF-NF雙膜工藝，COD的去除率可達80%以上，工藝簡便、高效節(jié)能是其最突出的特點，隨著膜材料研究的深入，未來膜處理技術(shù)在COD脫除、脫色等方面的表現(xiàn)必然會有進一步的優(yōu)化。

4 結(jié)論

1)煤化工根據(jù)其對煤的處理工藝不同和廢水來源的不同，造成廢水中所含的污染物種類及其含量有較大差異，但都帶來了處理難度較大、含難降解有機物較多的現(xiàn)實工藝難點。

2)對難降解有機物的處理技術(shù)雖然眾多，但每種處理技術(shù)都有其各自的應(yīng)用特點和應(yīng)用范圍，可根據(jù)煤化工廢水的水質(zhì)特點進行處理技術(shù)的著重應(yīng)用或聯(lián)合應(yīng)用。