煤化工污水處理工藝技術(shù)分析

董 歡

（大同煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 大同 037003）

煤炭作為我國(guó)主要化石能源，在生產(chǎn)結(jié)構(gòu)中占據(jù)主要地位，隨著煤炭消耗量的增加，煤化工產(chǎn)業(yè)也迎來(lái)了新的發(fā)展趨勢(shì)。在生產(chǎn)過(guò)程中，諸多煤化工項(xiàng)目所處位置的資源較為匱乏，地表水環(huán)境容量有限，甚至部分地區(qū)并不存在納污水體，但在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)水的需求量卻巨大，同時(shí)也會(huì)生產(chǎn)出大量的工業(yè)廢水，廢水的污染物組成成分十分復(fù)雜，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重威脅。污水處理在煤化工行業(yè)中，具有處理難度大、排放量大的特點(diǎn)，且污染物濃度高，針對(duì)此種發(fā)展現(xiàn)狀，應(yīng)當(dāng)積極尋求成本低、效益高的污水處理工藝，以此實(shí)現(xiàn)工業(yè)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，為煤化工企業(yè)的轉(zhuǎn)型與升級(jí)提供支持。

1 煤化工耗水量大的主要原因

（1）節(jié)水意識(shí)薄弱。許多煤化工企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中，正處于工業(yè)化開(kāi)發(fā)階段，其主要核心是實(shí)現(xiàn)工業(yè)技術(shù)的升級(jí)優(yōu)化，從而產(chǎn)出合格產(chǎn)品，滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。這導(dǎo)致大部分煤化工企業(yè)未注重節(jié)能節(jié)水工作的開(kāi)展，重點(diǎn)工作始終圍繞著生產(chǎn)工藝與生產(chǎn)效益而展開(kāi)，從而導(dǎo)致污水排放量大的問(wèn)題未得到解決。

（2）缺乏水網(wǎng)優(yōu)化措施。許多煤化工項(xiàng)目為了達(dá)到最終的經(jīng)濟(jì)效益，會(huì)在生產(chǎn)中選擇多種生產(chǎn)技術(shù)，比如某煤化工項(xiàng)目，會(huì)選擇殼牌粉煤氣化技術(shù)，而在凈化時(shí)會(huì)選擇低溫甲醇洗技術(shù)，而在甲醇制烯烴時(shí)會(huì)選擇中科院大連物化所技術(shù)。生產(chǎn)設(shè)計(jì)的主要目的是保障各項(xiàng)工藝符合標(biāo)準(zhǔn)，提高生產(chǎn)質(zhì)量，優(yōu)化生產(chǎn)流程[1]。但在系統(tǒng)化生產(chǎn)中忽略了水網(wǎng)優(yōu)化的重要性，導(dǎo)致水資源浪費(fèi)問(wèn)題較為嚴(yán)重，污水也并未采取必要的優(yōu)化措施。

（3）缺乏汽化爐節(jié)水考核。煤化工行業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中離不開(kāi)煤氣化技術(shù)的支持，屬于節(jié)水工作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，但新型煤氣化裝置缺乏對(duì)水資源消耗量的控制，也缺乏對(duì)廢水污染物濃度的指標(biāo)考核，導(dǎo)致污水在排放時(shí)存在過(guò)多污染物，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重威脅。

2 煤化工污水特點(diǎn)

在煤化工生產(chǎn)項(xiàng)目中，生產(chǎn)污水量較大，其中還含有諸多污染因子，如COD、氨氮等，而其他污染物的含量較低，各污染因子主要來(lái)源于煤的生產(chǎn)流程，包括氣化、氣體凈化等階段。污水中COD質(zhì)量濃度在300 mg/L左右，氨氮的質(zhì)量濃度在100 mg/L左右，受到生產(chǎn)工藝與生產(chǎn)環(huán)節(jié)的影響，所采取的控制措施存在明顯差異，污染物濃度也就會(huì)存在出入。在焦化污水中各污染成分復(fù)雜多變，其中有機(jī)物含量較高，主要與原煤性質(zhì)、碳化溫度、生產(chǎn)流程、焦化回收程序等多項(xiàng)因素相關(guān)。

3 煤化工污水處理工藝技術(shù)

3.1 物化預(yù)處理工藝

在煤化工生產(chǎn)過(guò)程中，廢水中的酚濃度以及氨濃較高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了生化處理標(biāo)準(zhǔn)，因此在物化預(yù)處理過(guò)程中，其主要目的是實(shí)現(xiàn)脫酚除氨，為生化處理環(huán)節(jié)做好準(zhǔn)備，降低處理負(fù)荷的影響，保障最終處理效果。

3.1.1 萃取脫酚

目前煤化脫粉的主要方法包括蒸汽循環(huán)法、溶劑萃取法，采取蒸汽循環(huán)法能夠保障脫酚效率高達(dá)80%，但是在煤化工生產(chǎn)中，含塵量過(guò)高，導(dǎo)致酚水的凈化效果難以保障，也會(huì)導(dǎo)致凈化流程難度加大，而在凈化過(guò)程中，焦油類(lèi)物質(zhì)很容易導(dǎo)致?lián)Q熱器出現(xiàn)嚴(yán)重堵塞，使得金屬填料極易出現(xiàn)腐蝕問(wèn)題，最終的應(yīng)用效果無(wú)法保障。溶劑萃取法在進(jìn)行脫酚時(shí)，則不會(huì)出現(xiàn)以上缺點(diǎn)，能夠保障最終的脫酚效果，脫酚率高達(dá)90%以上，但最終脫酚效果受到溶劑的影響，溶劑的選擇是其關(guān)鍵步驟[2]。酚水萃取溶劑能夠保障最重要的萃取效率，同時(shí)也不容易出現(xiàn)乳化現(xiàn)象，油水更易分離，不會(huì)對(duì)水質(zhì)造成二次污染等問(wèn)題，最終的處理價(jià)格也較為便宜。萃取脫酚工藝的研究主要圍繞著萃取劑的選擇展開(kāi)，比如在研究過(guò)程中會(huì)根據(jù)萃取的濃度、pH，探究最終的廢水萃取脫酚效率，最終結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在工業(yè)萃取劑中最為常用的為磷酸三丁酯以及煤油溶液，同時(shí)為了保障萃取效果，根據(jù)萃取劑制定了萃取體系。研究還發(fā)現(xiàn)氫氧化鈉溶液濃度、反萃取比，會(huì)對(duì)最終萃取回收酚類(lèi)效果產(chǎn)生影響，并構(gòu)建了氫氧化鈉反萃取回收酚類(lèi)的體系。最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，萃取脫酚率高達(dá)97%，酚總回收率超過(guò)90%?？梢?jiàn)在氫氧化鈉反應(yīng)體系的應(yīng)用下，能夠?qū)Ω邼舛群訌U水進(jìn)行有效的處理，達(dá)到過(guò)程簡(jiǎn)單、萃取劑可重復(fù)利用的效果，能夠保障最終經(jīng)濟(jì)效益。但應(yīng)用缺點(diǎn)在于處理能耗較高，萃取劑在廢水中可能會(huì)出現(xiàn)殘留情況，對(duì)后續(xù)處理流程產(chǎn)生影響。

3.1.2 脫除與回收氨

在煤化工企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)煤氣化廢水的處理，大部分選擇傳統(tǒng)處理工藝，通過(guò)閃蒸、沉降，使得焦油與清油得到去除，隨后對(duì)酸性氣體進(jìn)行精餾脫除，最后萃取脫酚。廢水在經(jīng)過(guò)脫氨與脫酚步驟后，可正常進(jìn)入到生化處理階段進(jìn)行再處理。但由于廢水中會(huì)含有較高濃度的二氧化碳，且脫氨步驟需要最后進(jìn)行，所以在處理過(guò)程中，存在二氧化碳與氨共存的情況，反應(yīng)后會(huì)形成氨鹽結(jié)晶，從而導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象，引發(fā)嚴(yán)重的堵塞問(wèn)題，最終影響設(shè)備的運(yùn)行效率。

部分煤化工企業(yè)在處理時(shí)選擇使用單塔加壓汽提側(cè)線脫氨法，此方法在煤氣化廢水處理時(shí)，在廢水汽提單塔中，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)酸性氣、游離氨以及固定氨氮的去除，從而獲得高濃度的氨氣；而在塔釜凈化水中，固定氨二氧化碳以及硫化氫的濃度低，不易出現(xiàn)結(jié)垢，而在凈化后廢水能夠滿(mǎn)足后續(xù)生化處理的各項(xiàng)要求。大部分煤化工企業(yè)在處理加壓氣化廢水時(shí)，使用單塔加壓側(cè)線抽提裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)同時(shí)脫除固定氨、酸性氣體等物質(zhì)的目的，而廢水經(jīng)過(guò)脫酚處理后能夠滿(mǎn)足生化處理需求，最終可獲得高濃度氨氣。

3.2 生化處理工藝技術(shù)

煤氣化廢水經(jīng)過(guò)預(yù)處理以后，要采取生化處理工藝對(duì)其進(jìn)行再處理，一般情況下會(huì)選擇缺氧－好氧生物法加以處理，但是在煤氣化廢水中存在諸多的降解物質(zhì)，采取常規(guī)的處理方法，無(wú)法保障污染物的全部去除，且經(jīng)過(guò)處理以后的COD、氨氮指標(biāo)無(wú)法達(dá)到最終的處理標(biāo)準(zhǔn)，因此為了滿(mǎn)足生化處理需求，新生化處理技術(shù)逐漸涌現(xiàn)出來(lái)。

固始雞舍養(yǎng)和放養(yǎng)比較，氨基酸總量肉中3.45%和4.54%，肝臟中28.14%和34.38%，放養(yǎng)較高；必需氨基酸肉中0.779 6%和1.143 7%，肝臟中12.12%和15.7%，放養(yǎng)較高；非必需氨基酸肉中2.658 8%和3.393 4%，肝臟中16.034%和18.712%，放養(yǎng)較高；呈鮮味氨基酸中肉中0.579 7%和0.66%，肝臟中5.71%和6.71%，放養(yǎng)較高。

3.2.1 好氧生物法

（1）生物炭工藝。在曝氣池前，可在回流的含炭污泥中混合粉末活性炭，在進(jìn)入曝氣池后能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)廢水的有序處理，而處理過(guò)程為物理化學(xué)－生物處理。在進(jìn)行工藝處理時(shí)，生物炭表面會(huì)吸附出很多難降解的有機(jī)物，使得廢水中的有毒物質(zhì)以及難降解物質(zhì)能夠得到有效降低，使得微生物活性能夠得到顯著提高，進(jìn)而增強(qiáng)污染物的處理能力。此外，生物炭可實(shí)現(xiàn)對(duì)難降解物質(zhì)與微生物的同時(shí)吸附，使得微生物與難降解物質(zhì)的接觸時(shí)間得到延長(zhǎng)。微生物能夠?qū)ξ轿镔|(zhì)起到降解作用，部分生物炭表面可實(shí)現(xiàn)再生，再生后的生物炭能夠?qū)τ袡C(jī)物再次進(jìn)行重新吸附。此種協(xié)同作用能夠?qū)﹄y降解以及無(wú)法降解的有機(jī)物起到有效的吸附效果與去除效果。生物炭工藝能夠提高COD的去除率，尤其是對(duì)煤氣化廢水，COD與氨氮的去除率均較高，與傳統(tǒng)活性污泥法相比更具優(yōu)勢(shì)[3]。但本項(xiàng)工藝技術(shù)在煤氣化廢水處理中，還需進(jìn)一步深入研究。生物的處理工藝應(yīng)用問(wèn)題主要是，在排除污泥時(shí)存在一定磨損性，生化系統(tǒng)中的設(shè)備材料需要具有較強(qiáng)的耐磨性。如果生物炭添加量過(guò)多，在出水時(shí)可能會(huì)存在較多的生物炭顆粒。

（2）流動(dòng)床生物膜工藝。主要是在反應(yīng)器中加入與水密度相接近的懸浮載體，使得反應(yīng)器中生物量與生物種類(lèi)得到提升，從而保障反應(yīng)器的綜合處理效率。在此項(xiàng)生產(chǎn)工藝中，每一懸浮載體都含有附著生物膜，生物膜外部則主要以好氧菌為主，生物膜內(nèi)部主要為厭氧菌、兼氧菌，在同步硝化與反硝化點(diǎn)作用下，能夠?qū)崿F(xiàn)氨氮的有效去除。另外，在流動(dòng)床生物膜工藝的反應(yīng)器內(nèi)，煤氣化廢水中的特征污染物能夠得到有效降解，不僅能夠保障有機(jī)物的處理效率，同時(shí)也能夠有效強(qiáng)化耐沖擊能力。流動(dòng)床生物膜工藝的應(yīng)用，能夠在活性污泥法的基礎(chǔ)上對(duì)廢水加以處理，而反應(yīng)器能夠在水里停留短時(shí)間內(nèi)降低氨氮濃度，同時(shí)也能夠降低處理能耗與處理成本。流動(dòng)床生物膜工藝的缺點(diǎn)為需要應(yīng)用到聚丙烯材質(zhì)，從而導(dǎo)致原材料的綜合成本提高，因此在后續(xù)研究中，需進(jìn)一步研發(fā)低成本的懸浮填料。

（3）深層曝氣法工藝。需要在射流曝氣與加鼓曝氣的基礎(chǔ)上完成供氧，好氧處理系統(tǒng)具有高負(fù)荷效果。在此工藝下，能夠?qū)崿F(xiàn)空氣氧轉(zhuǎn)化利用率的有效提升，在處理過(guò)程中，需要將溶解氧的質(zhì)量濃度控制在5 mg/L以上，使其能夠承受高負(fù)荷的運(yùn)行條件，并提高COD去除率。深層曝氣法工藝屬于完全混合型運(yùn)行模式，原水能夠與回流廢水合流，而后進(jìn)入到反應(yīng)器中，使其能夠被快速循環(huán)與混合，從而提高抗沖擊負(fù)荷能力。深層曝氣法工藝能夠有效處理發(fā)酵、制藥、食品、煤氣化等多個(gè)行業(yè)的廢水。比如，某企業(yè)在處理魯奇加壓氣化廢水時(shí)，初始COD質(zhì)量濃度為5 000～6 000 mg/L，而氨氮的質(zhì)量濃度為800 mg/L左右，整體處理難度較大。采取深層曝氣法工藝在進(jìn)行廢水處理后，COD質(zhì)量濃度降低到80 mg/L以下，氨氮的質(zhì)量濃度降低到10 mg/L以下。深層曝氣法工藝反應(yīng)器能夠充分提高COD與氨氮的去除率，使得傳統(tǒng)工藝泡沫多的問(wèn)題得到有效解決，但工藝缺點(diǎn)在于池體深度大，需要較高的能耗。

（4）BioDopp工藝。需要結(jié)合氧化溝全液內(nèi)回流的理念，選擇不同功能的分區(qū)形式，借助曝氣系統(tǒng)，將空氣提推技術(shù)作為主要?jiǎng)恿Γ⑺馑峄?、除碳、脫氮等多個(gè)單元組成一個(gè)單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)占地面積的有效建設(shè)，同時(shí)也能夠?qū)に嚵鞒唐鸬接行У膬?yōu)化作用，減少投資，縮短巡檢路線，使得運(yùn)營(yíng)管理更加高效。BioDopp工藝的主要技術(shù)在于微生物馴化，技術(shù)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)是在微生物循環(huán)中創(chuàng)造與自然界貼合的條件[4]。在低溶解氧以及活性污泥濃度高的條件下，能夠培養(yǎng)出特殊堿性菌種，生長(zhǎng)速率較慢。此類(lèi)菌種能有提高活性污泥的耐受能力，在反應(yīng)器處理過(guò)程中，能夠提高污染負(fù)荷的沖擊，同時(shí)也能夠?yàn)槲⑸飫?chuàng)造良好的生存環(huán)境，有效提高處理效果。另外，本工藝可為同步硝化反硝化找到條件。

3.2.2 厭氧生化工藝

在煤氣化廢水中，存在諸多難降解的有機(jī)物，比如吡啶、喹啉、吲哚等等。這主要是由于此類(lèi)污染物的相對(duì)分子質(zhì)量較大，整體結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，如果在好氧的條件下無(wú)法保障污染物的全部去除。但此類(lèi)污染物具有厭氧降解的特點(diǎn)，因此在選擇好氧處理以前，可對(duì)其進(jìn)行厭氧處理，在厭氧微生物的分解作用下，使得難降解物質(zhì)能夠分解為容易降解的小分子有機(jī)物，而后經(jīng)過(guò)好氧處理程序，全部去除難降解有機(jī)物。

在處理高濃度甲醇廢水以及氣化廢水時(shí)，可選擇兩級(jí)兩相厭氧處理工藝，此項(xiàng)工藝技術(shù)可在選擇接種污泥時(shí)，以厭氧顆粒物污泥為主，快速啟動(dòng)處理程序。采取兩級(jí)厭氧的處理方法，能夠提高COD的去除率，最終可高達(dá)90%。而且在此項(xiàng)處理工藝中，系統(tǒng)的抗沖擊能力良好，進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)的影響較小。如果進(jìn)水中COD質(zhì)量濃度處于7 000～11 000 mg/L時(shí)，出水COD質(zhì)量濃度能夠降低到600 mg/L。除此之外，在煤氣化廢水處理流程中，上流式厭氧污泥床處理工藝、活性炭厭氧膨脹床工藝的應(yīng)用也較為常見(jiàn)，最終的處理效果能夠得到充分保障。

3.3 深度處理工藝

對(duì)煤氣化廢水進(jìn)行生化處理后，各種有機(jī)污染物都被取出，但仍然存在少量難降解的污染物，使得生物處理出水無(wú)法達(dá)到最終的標(biāo)準(zhǔn)，也不符合廢水回收再利用的要求，因此需要對(duì)其再次進(jìn)行深度處理。

3.3.1 吸附法

吸附法就是指在液體或者固體物質(zhì)的表面對(duì)其他液體或氣體進(jìn)行吸附，尤其是在保障表面積的情況下，吸附力能夠起到有效的作用，因此在工業(yè)廢水處理中，會(huì)選擇表面積較大的物質(zhì)進(jìn)行吸附，如活性炭等等。這種方法操作更為便捷，能耗較低，可保證最終的去除效果，但吸附劑用量大，再生費(fèi)用高?；钚越固幚砻簹饣瘡U水主要是利用活性焦進(jìn)行吸附處理，使得COD與SS點(diǎn)處理效率提升。

3.3.2 混凝沉淀法

傳統(tǒng)去除懸浮物時(shí)主要以反應(yīng)沉淀工藝為主，但在具體技術(shù)操作過(guò)程中，生產(chǎn)成本較高，反沖洗周期較短，因此高效混凝沉淀技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生[5]。通過(guò)在混凝沉淀池中布置折板、網(wǎng)格等設(shè)備，產(chǎn)生高強(qiáng)度微渦旋，使得最終反應(yīng)速率得到提升。而在多層網(wǎng)格作用下，可對(duì)絮凝過(guò)程的水流剪切力起到控制作用，從而形成更易于沉淀的密實(shí)礬花，在復(fù)合斜板沉淀設(shè)備支持下，提高沉淀池的上升流速，使得排泥無(wú)障礙，出水水質(zhì)優(yōu)。

3.3.3 高級(jí)氧化法

高級(jí)氧化法可對(duì)色度物質(zhì)起到去除效果，常見(jiàn)方法包括均相催化氧化法、多相濕式催化氧化法等等。某氣化廠在深度處理沉淀池出水時(shí)，選擇使用多相光催化氧化技術(shù)，COD的去除率明顯提升，最終出水無(wú)色無(wú)味，可直接排放或者回收再利用。高級(jí)氧化法多種多樣，在處理煤氣化廢水時(shí)，需要再進(jìn)行深一步研究，提高方法可行性，使其消耗量與運(yùn)行成本得到有效控制。

3.3.4 固定化微生物技術(shù)

固定化微生物技術(shù)能夠固定優(yōu)勢(shì)菌種的應(yīng)用，經(jīng)過(guò)固定以后，細(xì)胞抗毒性能力明顯強(qiáng)化。固定化微生物技術(shù)能夠使得生物反應(yīng)器類(lèi)原類(lèi)生物細(xì)胞純度得到有效提高，同時(shí)也能夠保證針對(duì)性菌種數(shù)量，減少污泥量，使得反應(yīng)器工業(yè)分離效果得到保障，從而有效提高氨氮與難降解物質(zhì)的去除率。好氧生物流化床法是固定化微生物技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)，通過(guò)對(duì)煤氣化廢水的處理，能夠有效提高污染物的去除率。但由于不同菌種的物質(zhì)氧化分解效率存在一定差異，而且煤氣化廢水成分構(gòu)成較為復(fù)雜，所以在處理廢水時(shí)，單一菌種無(wú)法保障最終的處理效果。因此在處理煤氣化廢水時(shí)，需要結(jié)合污染物復(fù)雜特點(diǎn)，篩選優(yōu)質(zhì)菌種，提高處理效率。

3.3.5 膜處理技術(shù)

許多煤化工企業(yè)都在尋求高效的廢水處理技術(shù)，雙膜技術(shù)是現(xiàn)在最為熱點(diǎn)技術(shù)之一，其中超濾技術(shù)能夠?qū)U水濁度與其中有機(jī)物起到有效的去除作用，使得反滲透膜的污染得到控制，膜的使用壽命得到延長(zhǎng)。雙膜法的廢水處理法能夠保證水的品質(zhì)，通過(guò)脫除COD、脫鹽、脫色等步驟，使得有機(jī)物得到有效去除，并將其作為生產(chǎn)用水，應(yīng)用到常規(guī)生產(chǎn)流程中，實(shí)現(xiàn)零排放，但雙膜技術(shù)成本較高，膜材料的研發(fā)還需要進(jìn)一步深入[6]。在處理過(guò)程中，也需要考慮生化處理環(huán)節(jié)先進(jìn)技術(shù)的使用，使得污染物濃度得到控制，減輕處理壓力。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，煤氣化廢水處理是當(dāng)前的重點(diǎn)問(wèn)題，廢水處理不僅要符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，也要控制廢水處理成本，通過(guò)對(duì)新工藝新設(shè)備的有效利用，充分發(fā)揮各項(xiàng)資源優(yōu)勢(shì)，使得污染物處理得到有效提升，不斷提高綜合處理水平。因此，煤化工企業(yè)要積極積累污水處理經(jīng)驗(yàn)，貫徹落實(shí)國(guó)家環(huán)境保護(hù)政策，控制污染物排放。