煤化工廢水處理技術(shù)與工程應(yīng)用

劉茂軒

摘要：煤炭作為我國的主要能源物質(zhì)，與中國工業(yè)的發(fā)展息息相關(guān)，現(xiàn)階段我國煤化工產(chǎn)業(yè)已經(jīng)是比較成熟的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)。隨著人們對環(huán)境保護(hù)的日益重視，煤化工廢水處理的要求日益嚴(yán)格，這不但有利于我國生態(tài)環(huán)境以及工業(yè)的長期可持續(xù)發(fā)展，還促進(jìn)了煤化工產(chǎn)業(yè)與工業(yè)廢水處理產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。當(dāng)前膜處理技術(shù)應(yīng)用于各種廢水的深度處理中，該技術(shù)對于廢水凈化效率較高，可通過綜合利用膜技術(shù)和其他技術(shù)，使廢水處理后滿足回用水質(zhì)的要求。

關(guān)鍵詞：煤化工;廢水處理技術(shù);工程應(yīng)用

引言

現(xiàn)如今，我們國家的煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度非?？欤偌由先嗣袢罕姷沫h(huán)保意識顯著提高，使得水處理的問題被更多的人所關(guān)注，相關(guān)的政府部門要重視煤化工企業(yè)的污染排放問題，在鼓勵發(fā)展化工技術(shù)的同時，也要切實做好廢水治理，對相關(guān)過程深入研究，控制污染物的排放，并找到最優(yōu)的解決方法及技術(shù)，推動產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1煤化工廢水概述

1.1煤化工廢水的來源

煤化工是指以煤炭為原料，經(jīng)過煤炭焦化、煤氣化、煤液化、焦油化工、電石乙炔化、化工產(chǎn)品回收利用等化學(xué)生產(chǎn)過程，將煤炭轉(zhuǎn)化為氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)燃料及其他化工類產(chǎn)品，大致可分為煤焦化、煤電石、煤氣化和煤液化等。煤化工廢水是指在煤化工生產(chǎn)工藝中產(chǎn)生的工業(yè)廢水，主要包括焦化廢水、洗滌廢水、冷卻水、氣化廢水和液化廢水等。煤化工廢水通常含有大量的固體懸浮物顆粒、酚類、油類、氨氮等污染物，另外含有呋喃、咪唑、稠環(huán)芳烴、萘、酮以及含氮氧硫的雜環(huán)化合物等多種難降解有機(jī)污染物，這些有機(jī)化合物未經(jīng)處理將會對生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。所以，對于煤化工業(yè)生產(chǎn)與加工過程中所產(chǎn)生的廢水，一定要針對不同生產(chǎn)工藝廢水的特點，采取相應(yīng)的技術(shù)措施進(jìn)行處理，及時去除廢水中的有害物質(zhì)，在符合環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)的前提下排放或者將其循環(huán)利用，有效節(jié)約水資源，實現(xiàn)水資源的清潔利用。

1.2煤化工廢水的具體種類

1.2.1煤液化廢水。煤液化是利用固態(tài)煤生產(chǎn)汽油、柴油、液化氣等燃料以及化學(xué)品的過程。煤炭原材料加工轉(zhuǎn)化過程會逐漸產(chǎn)生并排放大量煤液化廢水，該廢水通常具有高濃度的COD、高色度，而整體鹽含量是非常少的，這樣就會出現(xiàn)高度乳化的現(xiàn)象，其不容易被降解。

1.2.2煤氣化廢水。煤制氣是指原料煤和煤焦在某種特定的溫度和壓力環(huán)境下產(chǎn)生反應(yīng)，產(chǎn)生水煤氣。煤氣化廢水主要來自煤氣發(fā)生爐的煤氣洗滌、冷凝及凈化等過程。水質(zhì)極其復(fù)雜，含有大量酚類、長鏈烯烴類、芳香烴類、雜環(huán)類、氰、氨氮等有毒物質(zhì)，這些成分很難分解，會對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，煤氣化廢水是一種典型的高濃度難生物降解的工業(yè)廢水。

1.2.3煤制甲醇廢水。通常，人們以水煤漿為原料，經(jīng)加壓氣化、低溫甲醇洗及脫硫等工藝，生產(chǎn)甲醇。煤制甲醇廢水主要來源于氣化廢水，硫回收、甲醇精餾、灰水處理等裝置所排的生產(chǎn)廢水，煤漿系統(tǒng)的沖洗廢水等。廢水含有大量粉煤灰，氨氮、懸浮物含量高，如果不經(jīng)過處理直接排放，將會對生態(tài)環(huán)境平衡造成不可逆轉(zhuǎn)的破壞，因此煤制甲醇廢水必須先處理后排放，以消除其環(huán)境破壞作用。

1.2.4煤焦化廢水。煤焦化主要是原料煤在高溫與真空的環(huán)境下分解，逐漸轉(zhuǎn)變成為煤氣、焦炭等物質(zhì)的過程。煤焦化廢水的主要成分為高濃度的酚類及氨氮，其含量低但具有高毒性，這是一種成分復(fù)雜、有毒、難降解的典型工業(yè)有機(jī)廢水，常規(guī)煤焦化廢水處理方法很難徹底清除污染物。

1.3煤化工廢水的特點

煤化工廢水中的污染物組分由于加工工藝的不同存在很大差異。廢水含有多種污染物，如烷烴、烯烴、多環(huán)芳烴等雜環(huán)類有機(jī)污染物，氨氮、硫化物、氟化物等無機(jī)污染物，稠環(huán)芳烴、長鏈脂肪烴等致泡的油性物質(zhì)，酚、氰化物硫化物等高毒性物質(zhì)，還含有多種致色基團(tuán)。同時，煤質(zhì)差異、設(shè)備生產(chǎn)負(fù)荷變動、分離收集和處理工藝不夠合理、管理水平差異等主客觀因素也導(dǎo)致廢水處理過程具有來水水質(zhì)波動大等特點。

煤化工廢水存在以下特征：廢水排放量大，水質(zhì)變化大;污染物濃度高，成分極其復(fù)雜;色度高，COD和BOD含量高;含多種生物毒性物質(zhì)，生化降解難度大。當(dāng)前，我國煤化工廢水存在或多或少的問題，在很大程度上也對我國煤化工行業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展產(chǎn)生了極大的影響，使得煤化工企業(yè)舉步維艱，面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)和考驗。

2煤化工廢水處理技術(shù)面臨的問題

2.1廢水處理設(shè)備成本高

“十三五”期間，政府將逐步出臺能源強(qiáng)度和總量雙控制、碳交易、環(huán)境稅等一系列節(jié)能和環(huán)境保護(hù)新政策，隨著國家環(huán)境保護(hù)的新政策出臺，對環(huán)保的力度逐漸加大。但是就目前國內(nèi)化工企業(yè)對煤化工廢水處理設(shè)備的科技技術(shù)沒有跟上腳步。對于煤化工工廠來說，想達(dá)到國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，并且高效完成任務(wù)，需要大量購買技術(shù)先進(jìn)的廢水處理設(shè)備，采購成本也就隨之提高。除此之外，廢水處理的過程中還需要大量的廢水凈化劑，只要廢水不斷產(chǎn)生，就會不斷地消耗廢水處理凈化劑。所以，為了滿足化工企業(yè)的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，需要增加購買處理廢水的先進(jìn)設(shè)備以及大量的廢水處理凈化劑。

2.2廢水預(yù)處理存在的問題

對于之前的廢水處理過程，技術(shù)條件有限，加上煤化工企業(yè)對廢水的預(yù)處理認(rèn)知不足，采用的處理廢水步驟為脫酸、萃取，脫氨等來完成廢水中氨和酚的去除。但由于pH較高，酚的處理效果不好，所以生化段的水中存在大量的含酚成分。在廢水處理完成后，若水中的酚和氨的含量不達(dá)標(biāo)，則說明廢水處理的效果不佳，水質(zhì)仍處在較差的水平。不僅如此，對含油較高的廢水處理中，用傳統(tǒng)的處理方法會使得常規(guī)氣浮裝置有大量的泡沫，增大水油分離的難度。

2.3處理工藝落后，效果不佳

對于現(xiàn)有的廢水處理方法，大多偏于傳統(tǒng)方式，在實際的操作中運行穩(wěn)定性不佳，處理過的廢水也很難達(dá)到國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。在廢水水質(zhì)較為清潔的項目，傳統(tǒng)的常規(guī)工藝可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。在化工廢水處理中，水質(zhì)很差，傳統(tǒng)的處理工藝無法達(dá)到“零排放”的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，往往會出現(xiàn)氨氮超標(biāo)的情況。就我國現(xiàn)在的化工企業(yè)排放情況來看，大部分煤化工企業(yè)廢水的COD值很高，只有很小一部分的化工企業(yè)可以做到排放廢水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，排放廢水超標(biāo)對以后的回水利用也增加了一定的工藝難度。還有一部分企業(yè)的廢水處理過程設(shè)計不合理，廢水處理工藝步驟重復(fù)，不僅增加了處理成本，厭氧負(fù)荷也會偏低而導(dǎo)致最終的處理效果不佳。綜上，大部分化工企業(yè)的處理廢水工藝無法達(dá)到國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的“零排放”，但這種水質(zhì)不達(dá)標(biāo)的廢水若直接排放，對環(huán)境的影響十分惡劣。

3煤化工廢水處理技術(shù)

3.1物理化學(xué)處理技術(shù)

在煤化工生產(chǎn)企業(yè)中，對生產(chǎn)廢水的處理一般采用物理化學(xué)處理技術(shù)，其是當(dāng)前應(yīng)用比較普遍，而且相對成熟的處理體系。目前煤化工生產(chǎn)企業(yè)中主要應(yīng)用混凝法、吹脫法以及化學(xué)氧化法等。

首先，混凝法是該領(lǐng)域中比較常用的廢水處理工藝，可以用于煤化工生產(chǎn)廢水的預(yù)處理、中間處理和污泥處理環(huán)節(jié)中，是比較有效的煤化工生產(chǎn)廢水處理技術(shù)。在具體應(yīng)用時，企業(yè)需要合理的選擇混凝劑，并且根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)的實際情況和廢水成分適當(dāng)選擇聚丙烯酰胺或者是氯化鋁等作為助凝劑，按照其作用機(jī)理投放相應(yīng)的比例用量，可以有效沉淀生產(chǎn)廢水中含有的懸浮顆粒以及膠體物質(zhì)。

其次，吹脫法則是利用種類繁多的吹脫設(shè)備，向生產(chǎn)廢水中通入一定的空氣，從而達(dá)到氣液平衡的濃度狀態(tài)。通常情況下利用填料吹脫塔進(jìn)行處理，可以將拉西環(huán)、聚丙烯多面空心球等作為吹脫塔的填料，通過逆流操作促使廢水從塔頂位置與自下而上的氣體相接觸，有利于將水中溶解的氨向氣相轉(zhuǎn)移。在煤化工生產(chǎn)廢水中，由于其含有大量的尿素，所以在應(yīng)用時應(yīng)注意水溫和pH值等的參數(shù)控制。

最后，化學(xué)氧化法即是針對煤化工生產(chǎn)廢水中含有的氮化合物進(jìn)行處理，利用多相濕式催化氧化法可有效降解有機(jī)化合物，實現(xiàn)對廢水的凈化處理。

3.2生物處理技術(shù)

在煤化工生產(chǎn)廢水的處理技術(shù)中還包括生物處理工藝，在煤化工企業(yè)中是采用厭氧水解酸化法以及兩相厭氧生物處理技術(shù)、厭氧-缺氧-好氧活性污泥法等，對廢水中的污染物進(jìn)行處理。其中，厭氧水解酸化法則是通過利用微生物內(nèi)活動所產(chǎn)生的酶，對廢水中含有的復(fù)雜結(jié)構(gòu)有機(jī)物進(jìn)行降解，比如多環(huán)芳烴或者是長鏈化合物等。而兩相厭氧生物處理技術(shù)的應(yīng)用，則是要保障將產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌放置在相同的條件下，并通過環(huán)境調(diào)節(jié)，促使產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌處于效率最佳的狀態(tài)下，能夠有效的處理煤化工生產(chǎn)廢水。厭氧-缺氧-好氧活性污泥法是近年來出現(xiàn)的一種普遍采用的處理工藝，企業(yè)的相關(guān)工作人員要結(jié)合自身生產(chǎn)廢水的特征挑選具有優(yōu)勢的生物菌種，在生產(chǎn)廢水處理過程中，可以達(dá)到85%的氨氮去除率。

4煤化工廢水處理技術(shù)優(yōu)化研究

4.1保障運行穩(wěn)定的技術(shù)優(yōu)化

現(xiàn)如今，在煤化工廢水處理過程中，存在的主要問題便是工藝較為復(fù)雜，但是成果不具備穩(wěn)定性。在煤化工領(lǐng)域中，“厭氧+多級好氧”的處理方式得到了大范圍的普及，可是，這兩個過程完全不能處于同一個時間以及空間中，另外，兼氧過程也不夠完善。為了能夠?qū)U水處理系統(tǒng)的穩(wěn)定性做出保障，對處理的方式開展了強(qiáng)化，將開關(guān)曝氣閥門安裝在了A/O池中，同時以進(jìn)水氨氣、氮含量作為標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)整污泥回流比。借助技術(shù)的強(qiáng)化，廢水處理系統(tǒng)的抗沖擊力顯著提升，出水中的有機(jī)物含量減少，運行整體效果趨于穩(wěn)定。

4.2預(yù)處理

煤化工工程中產(chǎn)生的廢水中存在大量不易降解的有機(jī)物，所以第一步的目標(biāo)即是對這類不易降解的有機(jī)物進(jìn)行預(yù)處理，但是就現(xiàn)有的技術(shù)水平來看，一般的分離技術(shù)達(dá)不到理想的效果?？梢宰钕扔蒙俺翆U水中的有機(jī)物進(jìn)行濃縮，靜態(tài)處理，再通過柵格等用具過濾物質(zhì)，接著對已經(jīng)無明顯沉淀物的廢水采取砂水分離等操作，同時，還可能對水質(zhì)進(jìn)行中和操作，最后就可以分離出廢水的油相和水相。

4.3生化處理

在廢水進(jìn)行預(yù)處理后，一定程度上會清除廢水中的可見污染物，但實際上，廢水中還是會存留一些雜質(zhì)，無法做到完全清潔，需要進(jìn)一步處理。首先，利用A/O 等工藝處理水相，降低水相的COD 值，并在傳統(tǒng)的A/O 基礎(chǔ)上，在水中加入?yún)捬跷⑸?，達(dá)到降解聯(lián)苯、喹啉等有機(jī)物的目的。在沉降的工藝中，需要分離并去除鏈上的化學(xué)物質(zhì)，使鏈狀化學(xué)物質(zhì)進(jìn)一步分解成短鏈的化學(xué)物質(zhì)，以上技術(shù)對工業(yè)廢水的預(yù)處理有重要作用。不僅如此，還可以采用SBR 等工藝，結(jié)合物理沉淀法去除廢水水體中的有機(jī)污染物。

4.4水資源優(yōu)化調(diào)度

針對回用水站以及濃鹽水站而言，對其出水標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行提高，可以借助水資源優(yōu)化調(diào)度法實現(xiàn)。將反滲透的技術(shù)應(yīng)用于超濾水箱中，如此一來，廢水便能夠進(jìn)行超濾和反滲透處理，所以，水質(zhì)不能夠和原始流程進(jìn)行對比。將多介質(zhì)過濾的方式應(yīng)用于濃鹽水站中，即便廢水濁度處于0.5NTU至1.0NTU范圍內(nèi)，相較于超濾產(chǎn)水稍大，可是，因為其中存在納床、HERO以及超濾過程，從實踐過程中能夠看出，針對煤化工廢水的處理而言，水資源優(yōu)化調(diào)度法可以發(fā)揮巨大作用，具備可行性。

4.5泡沫及臭氣優(yōu)化控制方法

對于玻璃鋼防護(hù)罩而言，作為一種前端裝置，它是應(yīng)用于泡沫及臭氣優(yōu)化技術(shù)中的，其功能包括四個方面。首先，對消泡管松動的情況進(jìn)行控制;其次，環(huán)境溫度低的情況下，廢水溫度可以避免出現(xiàn)大幅降低;再次，臭氣可以于頂端進(jìn)行采集，池體位置的封閉可以得到保障，氣體不會出現(xiàn)逸散;最后，可以有效地對泡沫膨脹率進(jìn)行控制。

對泡沫及臭氣優(yōu)化控制工作而言，其中的關(guān)鍵過程主要有兩個，分別是規(guī)避泡沫的出現(xiàn)和對已經(jīng)出現(xiàn)的泡沫的處理。在泡沫出現(xiàn)之前，控制泡沫出現(xiàn)的方式主要有三種，分別是對EC外循環(huán)厭氧回流速度加大、BE生物低溶解氧曝氣濃度提高以及氮氣氣浮除油。經(jīng)過實驗可以了解到，上述三種方式相較于以往使用的廢水處理辦法，在所出現(xiàn)的泡沫量上較低。當(dāng)泡沫出現(xiàn)后，在A/O池玻璃鋼防護(hù)罩的頂端位置和BE生物增濃池中，進(jìn)行消泡管的設(shè)置，玻璃鋼防護(hù)罩的作用是保證泡沫不會出現(xiàn)滿溢的情況，向其中導(dǎo)入甲醇，泡沫則會快速消失。

4.6精細(xì)化管理

煤化工生產(chǎn)的技術(shù)含量較高，只有煤化工企業(yè)高層對企業(yè)精細(xì)化管理，才能實現(xiàn)企業(yè)以及化工產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。首先，化工企業(yè)需要從整體上探究污水處理前后的系統(tǒng)聯(lián)系，從煤的質(zhì)量、工藝設(shè)計、運營環(huán)境等方面對主要的煤化工工程以及產(chǎn)生的水污染物來源特點有明確的了解，進(jìn)而采取措施，減少污染物的排放。其次，廢水處理技術(shù)需要重新工業(yè)化，在研究深度與主要工藝相同的基礎(chǔ)上，需要起到一定的環(huán)保帶頭作用，不能一味地復(fù)制模仿。最后，企業(yè)應(yīng)該重新樹立排放廢水的思想，丟掉重生產(chǎn)輕環(huán)保的老舊思想，落實國家的廢水處理標(biāo)準(zhǔn)，積極培訓(xùn)企業(yè)工作人員的思想以及技術(shù)，真正達(dá)到精細(xì)化管理。

5結(jié)束語

我國蘊含著十分豐富的煤炭資源，雖然我國工業(yè)水平得到了良好的發(fā)展，工業(yè)產(chǎn)業(yè)中的煤化工行業(yè)發(fā)展水平也逐漸提高，但煤化工行業(yè)發(fā)展所面臨的環(huán)境污染問題也愈加嚴(yán)重，其中廢水問題日益成為煤化工行業(yè)發(fā)展瓶頸，煤化工行業(yè)會產(chǎn)生大量廢水，廢水中含大量的有毒有害物質(zhì)，并且污染物種類相對較多、濃度相對較高，因此如何有效、低成本地處理煤化工行業(yè)廢水，減小對環(huán)境影響，是當(dāng)下煤化工行業(yè)一個非常值得研究的重點問題。

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（作者單位：青海大美煤業(yè)股份有限公司）