煤化工廢水處理研究進(jìn)展

張偉偉

(山西潞安煤基合成油有限公司，山西 長(zhǎng)治 046000)

引 言

煤化工作為我國(guó)化工行業(yè)的重要組成部分，是通過對(duì)原料煤進(jìn)行加工生產(chǎn)化工能源產(chǎn)品的工業(yè)工程。煤化工產(chǎn)業(yè)為我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出貢獻(xiàn)的同時(shí)，伴隨著廢氣、廢水和固廢污染源的排放。煤化工廢水是其中一個(gè)主要的排放源，呈現(xiàn)出排放量大和污染強(qiáng)度高的特點(diǎn)。目前，煤化工企業(yè)針對(duì)廢水治理投入較大的精力與財(cái)力，并采用多種技術(shù)手段進(jìn)行治理，但仍存在諸多問題，這為煤化工的科學(xué)可持續(xù)發(fā)展帶來了挑戰(zhàn)。本文通過對(duì)煤化工廢水治理手段和存在的問題進(jìn)行分析探討，以期對(duì)煤化工廢水治理提供新的思路，為實(shí)現(xiàn)煤化工可持續(xù)發(fā)展提供有力支持。

1 煤化工廢水來源、特征與危害

煤化工廢水可分為焦化廢水、液化廢水和氣化廢水。焦化廢水是指煤在隔絕空氣加熱、產(chǎn)生煤制品過程中產(chǎn)生的成分復(fù)雜的污水。該來源廢水中含有多種有害、難降解的有機(jī)物，成為煤化工廢水治理的重點(diǎn)和難點(diǎn)。液化廢水是指煤直接液化產(chǎn)生煤油、柴油和汽油等產(chǎn)品或者間接液化和水蒸氣氧氣產(chǎn)生合體燃料過程中產(chǎn)生的廢水。該來源廢水表現(xiàn)出酚類物質(zhì)濃度高、鹽有成分低的特點(diǎn)，相對(duì)難治理。氣化廢水是指制備煤氣時(shí)蒸餾、冷卻和洗滌產(chǎn)生的廢水，該來源的廢水中污染物種類多、濃度高、毒性大，治理上同樣存在較大的困難。

從上述來源中可以看出煤化工廢水存在以下特點(diǎn)：成分復(fù)雜、污染物濃度高、排放量大、毒性大。在煤化工廢水中氨、氮、硫等各項(xiàng)難降解的有機(jī)物高達(dá)300余種[1]，并且含有大量固體懸浮顆粒、鐵和錳等金屬離子，同時(shí)煤氣洗滌等過程中伴有含多種無機(jī)鹽廢水的產(chǎn)生，這些污染物聚集在一起容易產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)從而增加了廢水成分的復(fù)雜程度；一般情況下，煤化工廢水化學(xué)需氧量(Chemical Oxygen Demand,COD)在5 000 mg/L左右，氨氮的含量(質(zhì)量濃度)約為200 mg/L～500 mg/L，含鹽廢水則含有高濃度的無機(jī)鹽[2]；煤化工生產(chǎn)工藝過程復(fù)雜，幾乎每個(gè)過程均有廢水的產(chǎn)生，出水量較大；含有高濃度污染物的廢水對(duì)水生物、植被和人類均有較大的毒性。

若煤化工生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢水不經(jīng)過有效治理，直接排放，將嚴(yán)重污染大氣、土壤和河流。廢水中含有較高濃度的氨氮，可引起水體的富營(yíng)養(yǎng)化，破壞水生生物的生長(zhǎng)；含有大量毒性的有機(jī)物在魚類等水生生物中積累，飲食后進(jìn)入人類和動(dòng)物體內(nèi)，將破壞整個(gè)生態(tài)平衡，并且這類廢水直接流入周圍土壤，將給地上植被帶來同樣的破壞；廢水中含有較多會(huì)揮發(fā)性有機(jī)物，這些物質(zhì)不經(jīng)過治理后將引起大氣污染。此外，我國(guó)水資源和煤炭資源呈逆向分布，即大多數(shù)大型煤化工企業(yè)所在地區(qū)水資源匱乏，用水困難，因此，加強(qiáng)煤化工廢水的處理，除減少環(huán)境污染外，還可提高煤化工用水的利用率，實(shí)現(xiàn)廢水回用，有效節(jié)約水資源，提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

2 治理方法

目前煤化工企業(yè)使用的廢水治理方法按工藝原理分包括物理法(隔油、氣浮、吸附、膜分離)、化學(xué)法(絮凝法、高級(jí)氧化技術(shù))和生物法(厭氧法、好氧法)，按治理流程分則主要包括一級(jí)處理(預(yù)處理)、二級(jí)處理(生化處理)和深度處理。

2.1 預(yù)處理

預(yù)處理是廢水治理前對(duì)水中石油、酚、氨、有毒有機(jī)物和懸浮物進(jìn)行處理，從而減小廢水的生物毒性，使后續(xù)治理順利開展，具有必要性。該處理主要包括除油預(yù)處理、脫氨預(yù)處理和脫酚預(yù)處理。隔油法和氣浮法是廢水除油常用的措施；使用蒸氣法進(jìn)行脫氨，可實(shí)現(xiàn)氨氮化合物蒸餾與再利用，降低廢水中氨氮含量；廢水脫酚處理主要使用容積萃取法和吸附材料進(jìn)行吸酚。目前，我國(guó)在廢水預(yù)處理階段具有豐富的經(jīng)驗(yàn)，取得了較好的成果，為了進(jìn)一步高效率地實(shí)現(xiàn)煤化工廢水預(yù)處理效果可在實(shí)踐中引入油、酚、氮回收聯(lián)合工藝，設(shè)置好相關(guān)的處理流程和回收裝置，科學(xué)并針對(duì)性地治理和回收煤化工中高濃度的含油、酚、氨廢水。

2.2 生化處理

經(jīng)過預(yù)處理的廢水，接著進(jìn)行生化處理。該過程是廢水治理的核心部分，通過向污泥中接入微生物，利用微生物的新陳代謝將廢水中的污染物進(jìn)行分解代謝，是煤化工廢水治理中具有高環(huán)保型的處理方式。生化處理主要包括好氧生物處理、厭氧生物處理和厭氧/好氧生物聯(lián)合(Anoxic/oxic,A/O)處理。

好氧生物處理主要包括流動(dòng)床生物膜(Moving Bed biofilm Reactor,MBBR)技術(shù)、生物活性炭法(Powdered Activated Carbon Treatment,PACT)技術(shù)和生物粉末碳循環(huán)(Carbon Bio Recirculation,CBR)技術(shù)。其中，MBBR法是將含有好氧微生物的活性污泥和生物膜聯(lián)用，并引入流態(tài)化技術(shù)，結(jié)合了活性污泥和固定式生物膜的優(yōu)點(diǎn)，提高污染物處理效率；PACT法是指在含有好氧微生物的活性污泥中加入活性炭粉末，從而增加污染物的吸附和氧含量，提高微生物對(duì)吸附的污染物的氧化分解效率，具有物理吸附和生物降解同步協(xié)同作用的特性；CBR法是一種對(duì)PACT法優(yōu)化的新型廢水處理方法，該方法除具有PACT法污水生化處理效果外，還可降解剩余活性污泥和回收活性炭，具有可控的出水指標(biāo)、水處理流程縮短、操作運(yùn)行簡(jiǎn)單、不產(chǎn)生生化污泥和臭氣，成本低等較多優(yōu)勢(shì)，已在眾多企業(yè)廢水處理中得到應(yīng)用。

厭氧生物處理是利用含有厭氧微生物的活性污泥層安裝于反應(yīng)裝置底部，使排除的廢水流經(jīng)生化污泥層，從而對(duì)污染物進(jìn)行分解代謝。厭氧生化法對(duì)于處理好氧條件下難降解的喹啉和吡啶等有機(jī)物具有較好的效果。

A/O處理是在常規(guī)的含有好氧微生物的活性污泥處理工藝流程中，增加厭惡生物處理過程，實(shí)現(xiàn)厭氧微生物和好氧微生物的聯(lián)用。煤化工廢水中污染物種類較多，一種處理方法難以有效地處理，因此，A/O法的實(shí)施可提高污染物的處理效果，完成廢水脫氮和脫碳處理，成為煤化工廢水處理最常用的方法。

2.3 深度處理

在經(jīng)過生化處理后的煤化工廢水仍存在較高的COD值和難降解的有機(jī)物，則需進(jìn)行深度處理，從而達(dá)到排放要求。深度處理方法具有多種類型，在實(shí)踐中需進(jìn)行相關(guān)的預(yù)實(shí)驗(yàn)，根據(jù)廢水的特點(diǎn)選擇適宜的方法。常用的方法包括物理法(吸附法、混凝沉淀法以及膜分離法)、化學(xué)法(和高級(jí)氧化法)和生物法(固定化生物技術(shù))。然而，需要注意的是，在進(jìn)行深度處理時(shí)優(yōu)先選用有效且無衍生責(zé)任的方法，盡量避免帶來二次污染。

3 煤化工廢水零排放

隨著保護(hù)環(huán)境和節(jié)約能源意識(shí)的不斷提高，近年來，就煤化工廢水治理提出“零排放”這一概念和目標(biāo)要求。廢水“零排放”技術(shù)最早于20世紀(jì)70年代應(yīng)用在火力發(fā)電廠，為實(shí)現(xiàn)分質(zhì)回收的節(jié)能目標(biāo)。目前，已有多家公司申請(qǐng)了廢水“零排放”專利技術(shù)，并且這些技術(shù)已應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域中。煤化工廢水“零排放”指在煤化工生產(chǎn)中排除的廢水進(jìn)行多級(jí)、多項(xiàng)處理，將污染物進(jìn)行濃縮，最終形成可回收的固體資源，不再排放任何形式的廢水，實(shí)現(xiàn)節(jié)能和節(jié)水的雙重目標(biāo)[3]。除上述提及的預(yù)處理、生化處理和深度處理手段外，煤化工廢水“零排放”技術(shù)還包括濃鹽處理，即對(duì)廢水進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶，從而實(shí)現(xiàn)“零排放”。目前，我國(guó)有多家企業(yè)初步實(shí)現(xiàn)了煤化工廢水“零排放”，如：大唐內(nèi)蒙古多倫每年46萬t的煤基烯烴煤化工項(xiàng)目和寧夏神華寧煤煤制二甲醚及煤基烯烴一期項(xiàng)目等，這些成功經(jīng)驗(yàn)值得借鑒與學(xué)習(xí)。

然而，煤化工廢水真正實(shí)現(xiàn)“零排放”存在巨大挑戰(zhàn)。煤化工生產(chǎn)復(fù)雜的工藝流程造成廢水中成分復(fù)雜，在廢水治理的預(yù)處理、生化處理、深度處理和濃鹽處理階段中均存在不同的技術(shù)難點(diǎn)[4]，如：預(yù)處理中難以尋找無毒且效果穩(wěn)定的脫酚萃取劑、油類物質(zhì)難以得到根除；進(jìn)入生化處理的廢水雖然降低了有機(jī)物質(zhì)濃度，但殘余的難降解有機(jī)物顯著抑制微生物生長(zhǎng)；深度處理效果不穩(wěn)定；廢水中無機(jī)鹽復(fù)雜，完全置換出來存在困難。這些難點(diǎn)進(jìn)而導(dǎo)致煤化工廢水“零排放”目標(biāo)基本無法達(dá)成，為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，仍需不斷努力。

4 結(jié)語(yǔ)

盡管目前煤化工企業(yè)采用多種手段對(duì)煤化工廢水進(jìn)行處理，但仍存在諸多問題，如：廢水處理設(shè)備成本高、工藝落后、治理效果不穩(wěn)定等。為此，需提升煤化工生產(chǎn)技術(shù)水平，優(yōu)化廢水處理設(shè)備，培養(yǎng)新型優(yōu)勢(shì)菌種，并加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，引進(jìn)新型處理技術(shù)和方案，將煤化工廢水處理作為企業(yè)的工作重點(diǎn)，引起企業(yè)和環(huán)保部門的高度重視。此外，煤化工廢水在治理的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的生化污泥和臭氣，帶來衍生問題和二次污染，這又為煤化工企業(yè)的綠色生產(chǎn)帶來新的挑戰(zhàn)。因此，煤化工廢水治理具有較大的難度，需要堅(jiān)持不懈的投入。