煤化工廢水處理工藝與適用性技術(shù)初探

＊邢 杰

（山東化工技師學(xué)院 山東 277500）

我國煤炭資源豐富，煤炭資源總量位居世界前列，但又因我國人口數(shù)量龐大，人口平均煤炭資源仍然較為短缺。目前，我國對煤炭能源有著很強(qiáng)的依賴性，但煤化工產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生的大量廢水處理問題仍然困擾著科研人員、環(huán)境保護(hù)人員和企業(yè)的發(fā)展，若高毒性的煤化工廢水得不到科學(xué)的處理，極易導(dǎo)致環(huán)境的破壞，最終威脅人類賴以生存的自然發(fā)展。煤炭工業(yè)的發(fā)展需要得到科學(xué)的引導(dǎo)，提高廢水處理工藝，減少有害物質(zhì)的排放，實(shí)現(xiàn)煤化工廢水的有效回收利用，促進(jìn)煤化工的可持續(xù)發(fā)展。

1.煤化工廢水的概述及分類

（1）煤化工廢水的概述。我國煤炭資源主要分布在內(nèi)蒙古、山西、陜西和新疆等地區(qū)，大部分地處偏遠(yuǎn)地區(qū)，這些地區(qū)的經(jīng)濟(jì)、科技發(fā)展相對落后，對工業(yè)廢水的處理也存在一定的不足。且煤化工產(chǎn)業(yè)對于水資源的消耗有著較大的需求，產(chǎn)生的廢水也十分可觀。從煤化工的工藝流程來看，廢水的產(chǎn)生主要來自于煤氣化這一環(huán)節(jié)的冷卻、洗滌、凈化等工藝流程，而煤炭焦化的過程中也容易產(chǎn)生一定量的廢水，煤的焦化溫度高達(dá)1000℃，且需要在缺氧的環(huán)境下進(jìn)行，而這一過程容易導(dǎo)致各種復(fù)雜成分的揮發(fā)，并在管道中被稀氨水噴淋冷凝，從而形成廢水。隨著我國對環(huán)保事業(yè)的不斷重視，對水資源的開采控制、工業(yè)廢水的處理和排放都提出了更高的要求。目前我國常見的工業(yè)廢水處理方法主要有AO工藝、SBR工藝和氧化溝工藝等，相關(guān)部門要加強(qiáng)煤化工企業(yè)對水資源的管理和利用技術(shù)的研究，盡可能實(shí)現(xiàn)煤化工廢水的回收利用，確保煤化工產(chǎn)業(yè)的綠色發(fā)展。

（2）煤化工廢水的分類。①焦化廢水。煤焦化過程形成的廢水成為焦化廢水，主要來源于天然氣的凈化、煉焦、產(chǎn)品回收和精煉化學(xué)等。焦化廢水的排放量極大，且成分復(fù)雜，含有大量聯(lián)苯、萘、吡啶、油脂等穩(wěn)定而難以降解的特點(diǎn)，且對人體可以造成較大的危害，存在致癌風(fēng)險(xiǎn)。②煤氣化廢水。煤氣化水處理過程中生成的廢水被叫做煤氣化廢水，主要產(chǎn)生于化油器出口的冷凝液化過程，通過多種工藝處理使得碳化物溶解于水或有機(jī)溶劑。不同的工藝環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的廢水中含有不同的成分和污染種類，在處理過程中要有針對性的采取不同措施。③煤液化廢水。煤液化廢水中用含有大量的氨氮和酚類化合物，難以通過生化手段進(jìn)行講解。其中含有大量的多環(huán)芳烴、雜環(huán)化合物和苯類化合物，難以回收利用，有著含油量高、乳化性強(qiáng)、難以降解的特點(diǎn)，主要來源于由煤化工中水化、液化、精制、加氫裂化等環(huán)節(jié)。

（3）煤化工廢水的特點(diǎn)。煤化工廢水處理難度大。煤化工廢水中所含的有害物質(zhì)種類眾多，包括焦油、酚類物質(zhì)和多種復(fù)雜有機(jī)化合物，其中大部分物質(zhì)對環(huán)境都有著較為嚴(yán)重的威脅，若不加以科學(xué)處理，則會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境破壞，最終威脅人類自身的生存和發(fā)展。同時(shí)，煤化工廢水的成分復(fù)雜，這無疑提高了廢水處理的難度系數(shù)，大部分廢水從物理性狀上呈現(xiàn)出深褐色，這表示液體中含有大量的焦油成分，該成分易導(dǎo)致液體發(fā)生乳化現(xiàn)象，且含有多種其他難以降解的有害物質(zhì)，進(jìn)一步提高了工業(yè)廢水的處理難度。此外，煤化工廢水的成分及其含量也與原材料的質(zhì)量有著密切的聯(lián)系，但我國煤炭產(chǎn)業(yè)所使用的原煤質(zhì)量參差不齊，大部分原煤質(zhì)量堪憂，生產(chǎn)加工過程中所產(chǎn)生的有害物質(zhì)種類和數(shù)量更加豐富，這些有害物質(zhì)會(huì)進(jìn)入工業(yè)廢水中，進(jìn)一步提高工業(yè)廢水的處理難度。

煤化工廢水環(huán)境危害強(qiáng)。煤化工廢水中所含的焦油、酚類物質(zhì)和硫化物質(zhì)等一旦進(jìn)入水體就會(huì)嚴(yán)重威脅水資源的健康，對其產(chǎn)生嚴(yán)重的負(fù)面影響，水體中的魚、蝦等生物難以在被污染的水系中生存；煤化工廢水中的酚類化合物具有較高的毒性，當(dāng)酚類物質(zhì)聚集到一定數(shù)量后就會(huì)威脅生物個(gè)體、當(dāng)?shù)剞r(nóng)副產(chǎn)品、水生生物、動(dòng)植物等的健康，使細(xì)胞失去活性，威脅個(gè)體生命健康，而這些負(fù)面影響最終也會(huì)順著生物鏈影響人類的生活。

從整體上看，我國已經(jīng)掌握了一定的煤化工廢水處理技術(shù)，但仍然廣泛存在著廢水處理不達(dá)標(biāo)等問題，煤化工廢水處理仍然需要社會(huì)各界的廣泛重視。

2.煤化工廢水的處理技術(shù)分析

（1）預(yù)處理工藝。煤化工廢水預(yù)處理主要針對廢水中的油類及懸浮物進(jìn)行處理，具體處理方式主要有自然沉降法、氣浮法、離心法等，煤化工企業(yè)根據(jù)自身的實(shí)際情況和廢水的成分及其含量選擇適合的預(yù)處理方式?？紤]到企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營成本，自然沉降法成為企業(yè)生產(chǎn)過程中較為常用的處理方式，但自然沉降法所收到的效果往往是有限的，因此，為了增強(qiáng)預(yù)處理的效果，避免其中所殘留的油類物質(zhì)會(huì)對后續(xù)處理涉及的管道及設(shè)備造成損害，同時(shí)提高萃取劑的回收效率，可以有針對性地選擇加入混凝劑或者使用懸液分離設(shè)備。

（2）生物化學(xué)處理工藝。生物化學(xué)處理屬于煤化工廢水的二級處理環(huán)節(jié)，主要用于降解煤化工廢水中的有機(jī)物質(zhì)，國內(nèi)常采用活性污泥法和厭氧生物法兩種處理基礎(chǔ)開展，均取得了一定的成效。

活性污泥法是現(xiàn)階段我國煤化工廢水處理中較為常用的二級處理方式，污泥中所蘊(yùn)含的好氧細(xì)菌和原生生物可以很好地利用廢水的環(huán)境通過生物化學(xué)的手段進(jìn)行有害物質(zhì)的吸附和分解，使其中的有害物質(zhì)降解轉(zhuǎn)化為其他物質(zhì)，從而降低煤化工廢水的毒害性。這種處理方法常用于酚類物質(zhì)濃度較低以及毒性相對較差的廢水處理中，操作方法簡單，成本相對較低，約為6元/噸左右，效果顯著，受環(huán)境因素影響較低，因此得到了許多企業(yè)的廣泛應(yīng)用。

厭氧生物處理法指在低氧或無氧環(huán)境下，通過厭氧細(xì)菌的代謝作用將廢水中的有害有機(jī)物轉(zhuǎn)化為無害或低毒害性的物質(zhì)，在煤化工廢水的處理過程中應(yīng)用亦較為廣泛。該方法主要應(yīng)用在活性污泥法處理效果較差的廢水處理中，但該方法作用時(shí)間較長，且難以去除廢水中的COD成分，同時(shí)，廢水中的一些有機(jī)物或其他含碳化合物會(huì)對甲烷菌的代謝和繁殖造成影響，使其降解作用大打折扣。因此，厭氧生物處理法常用與其他的廢水處理法聯(lián)合使用，以收獲更好的廢水處理效果。

（3）深度處理。隨著我國社會(huì)的不斷發(fā)展和對環(huán)保事業(yè)重視程度的不斷提高，煤化工企業(yè)的綠色發(fā)展成為各部門關(guān)注的熱點(diǎn)話題之一。為了進(jìn)一步對煤化工企業(yè)的廢水進(jìn)行處理，使其滿足國家工業(yè)廢水排放的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，企業(yè)在生產(chǎn)過程中還要對煤化工廢水進(jìn)行更深層次的處理，以此來推動(dòng)我國環(huán)保事業(yè)的不斷發(fā)展。煤化工廢水的深度處理常用以下幾種方法：高級氧化法、吸附法、膜生物反應(yīng)法等。

通過大量的實(shí)踐和調(diào)查，我們了解到臭氧在煤化工廢水的處理環(huán)節(jié)中發(fā)揮著不可小覷的作用，尤其在深度處理中起到了良好的處理效果。臭氧的氧化性相對較強(qiáng)，可以很好地氧化處理廢水中的多種有害物質(zhì)，但其工業(yè)制備成本較高，難以回收利用，在較大規(guī)模的工業(yè)廢水處理中往往容易造成嚴(yán)重的浪費(fèi)，因此很少有企業(yè)會(huì)選擇利用臭氧進(jìn)行煤化工廢水的處理。吸附法相對而言具有更加良好的操作性，對設(shè)備的要求也相對較低，但實(shí)際上，在處理過程中，對吸附劑的選擇有著較為嚴(yán)格的要求，因此應(yīng)用面并不十分廣泛，若操作過程中出現(xiàn)不當(dāng)行為，亦容易導(dǎo)致二次污染現(xiàn)象的發(fā)生，在實(shí)際使用過程中，需要謹(jǐn)慎對廢水的成分和含量進(jìn)行分析，有針對性地選擇適當(dāng)?shù)奈絼?，難溶于水且不與水發(fā)生反應(yīng)，并嚴(yán)格按照操作標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行處理。

3.煤化工廢水處理中存在的問題

（1）預(yù)處理工作不到位。在煤化工廢水處理過程中，若預(yù)處理工作不能順利開展，則會(huì)對后續(xù)處理環(huán)節(jié)造成很大壓力，導(dǎo)致后續(xù)工作難以順利開展。但就現(xiàn)階段的實(shí)際情況而言，國內(nèi)煤化工廢水預(yù)處理環(huán)節(jié)仍然存在各種各樣的問題，如酚類物質(zhì)或氨化合物濃度過高等，且廢水中難以降解的化合物濃度過高，難以通過生物化學(xué)反應(yīng)有效分解，預(yù)處理效果不盡如人意。

（2）生物處理過程中存在不足。煤化工廢水中的成分較為活躍，缺乏穩(wěn)定性，廢水的水質(zhì)水量無時(shí)無刻不在發(fā)生明顯的變化，這就導(dǎo)致微生物的生存環(huán)境受到嚴(yán)重威脅，許多微生物不能很好地適應(yīng)水質(zhì)的變化所帶來的一系列不利影響，難以在多變的環(huán)境下開展講解活動(dòng)。因此，即使經(jīng)過了生物化學(xué)處理，煤化工廢水中仍然存在著大量的有害物質(zhì)，大量有機(jī)大分子物質(zhì)的存在導(dǎo)致廢水處理的難度增大，需要更長的時(shí)間和更多的環(huán)節(jié)來確保煤化工廢水的處理。

（3）深度處理效果不理想。一般情況下，企業(yè)在進(jìn)行煤化工廢水處理時(shí)會(huì)根據(jù)企業(yè)的實(shí)際情況和經(jīng)濟(jì)效益的需要選擇混凝沉淀法，該方法主要通過在廢水中添加混凝劑，使得廢水中的懸浮顆粒凝聚到一起，通過離心力的作用將較重的膠體顆粒收集起來，并采取相應(yīng)的方式進(jìn)行處理和凈化，但這種方法所收到的實(shí)際效果是有限的，雖然可以有效地分離廢水中的有機(jī)物、顆粒物質(zhì)等有害成分，但仍然存在一定的有害物質(zhì)殘留，混凝技術(shù)仍需一定的改進(jìn)和提高。

吸附法的效果相對混凝沉淀效果較為顯著，但該方法主要通過吸附劑或一些微孔材料、膠體等物質(zhì)在廢水中引發(fā)靜電吸附或凝聚吸附，通過物理手段進(jìn)行有害物質(zhì)的凝聚。由于有害微粒體積小、質(zhì)量輕、吸附性強(qiáng)、凈化效率高等特點(diǎn)，吸附法被廣泛應(yīng)用到煤化工廢水的處理過程中，但在一些廢水規(guī)模較大的企業(yè)中，使用過程所需要吸附劑數(shù)量較大，這就導(dǎo)致了廢水的處理成本較高，對企業(yè)的經(jīng)營成本和利潤造成影響。對于企業(yè)來說，吸附法難以適應(yīng)其廢水的處理工作，且容易造成廢水的二次污染。雖然高級氧化法處理效果顯著，但膜材料的成本無疑又一次限制了高級氧化處理法的廣泛使用。

總而言之，受到多種因素的共同作用，我國煤化工廢水的深度處理效果仍然有待提升，有關(guān)人員要積極從處理方法入手進(jìn)行深入的研究，開發(fā)低成本、低消耗、低污染的處理手段，以滿足我國煤化工產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展的需要，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

4.煤化工廢水處理的改進(jìn)策略

（1）預(yù)處理工藝的改進(jìn)與提升。在煤化工廢水的預(yù)處理階段，現(xiàn)有的預(yù)處理方法仍然存在很大的不足，急需在原有的除油、脫酚、蒸氨技術(shù)的基礎(chǔ)之上進(jìn)行科學(xué)的改進(jìn)和提升，提高預(yù)處理效果，為后續(xù)的廢水處理工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。經(jīng)過一系列的實(shí)驗(yàn)研究，一些氣浮法在煤化工廢水的除油處理中取得了明顯的成效，采用水解、MBE工藝等對濃度較低的煤化工廢水進(jìn)行處理可以有效提高廢水的生化降解性，對于廢水的后續(xù)處理有著重要的意義；同時(shí)，通過兩次水解酸化處理，可以使得煤化工廢水的整體系統(tǒng)穩(wěn)定性提高，對于微生物生化處理過程中穩(wěn)定的代謝活動(dòng)提供了保障，這一技術(shù)在煤化工廢水預(yù)處理過程中的應(yīng)用值得推廣和運(yùn)用。

（2）生物處理工藝的改進(jìn)與提升。生物處理工藝是煤化工廢水處理中的重要環(huán)節(jié)，也是被廣大企業(yè)經(jīng)營者和環(huán)保部門所青睞的一種煤化工廢水處理方式，這是因?yàn)樯锾幚硐鄬τ谄渌亩墢U水處理技術(shù)而言有著更加環(huán)保的特點(diǎn)，避免復(fù)合產(chǎn)物的產(chǎn)生，減少對廢水的二次污染，提高處理過程中的環(huán)保性。相關(guān)部門要充分做好生化處理的設(shè)施調(diào)試工作，嚴(yán)格按照規(guī)章制度進(jìn)行四個(gè)月以上的特種生物淤泥培養(yǎng)和馴化，提高微生物的適應(yīng)能力，使其更可以更好地發(fā)揮有害物質(zhì)的降解作用，避免大分子有機(jī)物的殘留對后續(xù)的深度處理產(chǎn)生負(fù)面影響。此外，一般情況下，好氧處理池的開啟時(shí)間是比煤化工生產(chǎn)活動(dòng)提前的，因此，工人在配置微生物培養(yǎng)用的污水時(shí)，要充分考慮工業(yè)廢水的成分和含量，在培養(yǎng)基中添加適量的酚類物質(zhì)，以保持好氧池中微生物的適應(yīng)性，但由于酚類物質(zhì)對微生物具有毒害作用，還要在其中加入一定量的易降解的有機(jī)物，例如，糖類或甲醇等，但這些有機(jī)物的配比應(yīng)隨著廢水產(chǎn)量和濃度的提高而逐步降低，具體應(yīng)視生產(chǎn)的實(shí)際情況而定，避免水質(zhì)的劇烈變化而導(dǎo)致的微生物活性降低。同時(shí)，單獨(dú)使用好氧或厭氧生化處理，煤化工廢水均存在一定的不同，為了更好地提高煤化工廢水的處理效果，要進(jìn)一步優(yōu)化并推廣“好氧+厭氧”聯(lián)合降解體系，積極探索生物廢水降解的有效措施。此外，在生物處理過程中，可以適當(dāng)?shù)氖褂梦⑸镄跄齽龠M(jìn)生物代謝活動(dòng)，提高生物處理環(huán)節(jié)的效果，充分滿足社會(huì)對企業(yè)綠色、健康發(fā)展的需求。

（3）深度處理工藝的改進(jìn)與提升。據(jù)相關(guān)部門的統(tǒng)計(jì)顯示，煤化工企業(yè)在推動(dòng)工業(yè)的不斷發(fā)展的同時(shí)，也面臨著水資源消耗大、排放量大、污染性強(qiáng)等多種嚴(yán)峻的問題，生產(chǎn)1t烯烴和1t成品油分別可以產(chǎn)生10～15t和4～6t的工業(yè)廢水，若這些工業(yè)廢水不能得到科學(xué)的深度處理，而是僅僅經(jīng)過預(yù)處理或生物處理便流入水體，則會(huì)對周圍環(huán)境乃至更廣泛的地區(qū)造成極為嚴(yán)重的危害，造成生態(tài)系統(tǒng)的嚴(yán)重破壞，最終影響人類的生存。在未來的發(fā)展和建設(shè)過程中，相關(guān)部門要從深度處理方面入手，加大科研投資力度，提高煤化工廢水深度處理效率，有針對性地優(yōu)化處理效果，實(shí)現(xiàn)深度處理工藝的大幅提高。

5.總結(jié)

就目前我國的能源結(jié)構(gòu)和發(fā)展前景而言，煤炭資源在相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)仍然將作為我國重要的能源之一，對社會(huì)的發(fā)展和人們的生活保障有著重要的意義。據(jù)相關(guān)部門的調(diào)查顯示，我國的對煤炭化工產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展不斷提出的要求，嚴(yán)格控制工業(yè)廢水“零排放”的局面逐漸形成。為了進(jìn)一步提高煤化工廢水處理的技術(shù)，促進(jìn)煤化工企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，相關(guān)部門要加大科研投資力度，對包括煤化工廢水預(yù)處理、生化處理、深度處理等多位一體的廢水處理技術(shù)進(jìn)行研究和改進(jìn)，降低工業(yè)排放，減少環(huán)境污染，加強(qiáng)社會(huì)主義生態(tài)文明社會(huì)的建設(shè)，為人類的未來做出貢獻(xiàn)。