煤化工廢水處理技術與工藝分析

王 維

(西山煤電集團公用事業分公司古交給排水分公司，山西 古交 030200)

引 言

鑒于我國能源結構富煤少油缺氣的特點，大力發展煤化工是保障我國能源安全與實現可持續發展的有效途徑。煤化工行業水耗較大、規模體量大，距統計，平均每噸煤制乙醇需用水25 t、煤制烯烴需用水28 t，可見，煤化工行業對水資源的使用量大。煤化工廢水的零排放問題值得社會各界高度關注，如廢水處理不當就排放會造成嚴重的污染。煤化工生產過程中廢水的產生主要是煤炭的洗滌、冷凝和分餾工段。煤化工廢水主要來源為高濃度、難降解、有毒的煤氣洗滌廢水，其中含有酚類、氨氮等經生化處理難以降解達標的有毒有害物質，處理不達標就排放會對周邊地區的水源及生態環境造成破壞。生態環境的脆弱，使煤化工行業與地區自然環境保護的矛盾日益突出。煤化工廢水處理難度較大，使用常規污水處理技術很難達標。隨著科學技術的發展，生化處理等技術應用到廢水處理中，受技術發展水平限制，依靠生物分解技術僅對苯酚類污染物進行有效降解，對于吡啶和咔唑類物質難以有效分解，對處理結果進行抽樣很難達標[1-3]。

1 煤化工廢水處理及問題分析

長期以來，煤化工廢水的排放與處理是一項技術難題，由于煤化工對水資源的消耗大，廢水產生量大，且成分復雜，處理技術要求高。經抽樣，煤化工廢水中含有大量的酚類、烷烴類、芳香烴類、氨氮和氰等有毒有害物質，屬于難降解有機化合物工業廢水。

要想對處理后的廢水實現零排放，對處理技術和設備要求更加嚴格。生化技術處理后的廢水，經檢測，水中重鉻酸鹽指數(CODcr)、氨酚、氨氮等濃度有所下降，但是水中COD、色度仍難以達標。廢水處理成為制約行業發展的難題之一，如何尋求處理效果好、工藝穩定、成本低的技術成為關鍵。隨著科學技術的發展，煤化工廢水處理技術層出不窮，但是各類技術各有利弊。為此，本文對當前應用廣泛、技術成熟的廢水處理技術進行分析探討。

2 煤化工廢水主要處理技術分析

當前，煤化工廢水處理技術基本采用物化預處理、生化處理(其中主要包括上流式厭氧污泥床UASB處理技術和載體流動床生物膜法CBR技術等)和物化深度處理。煤化工廢水處理工藝流程如圖1。

2.1 物化預處理

物化預處理通常采用隔油和氣浮的處理方法。鑒于廢水中焦油含量高會對后期生化處理效果打折，使用氣浮方法對煤化工廢水進行預處理關鍵是將回收后的焦油循環再利用，這樣還能起到處理廢水過程中防止曝氣的效果。

2.2 生化處理

生化預處理技術主要采用缺氧與好氧生物法處理(A/O工藝)，鑒于煤化工廢水中含有大量的環類化合物且成分復雜，使用好氧生物法來處理廢水后檢測水中的COD指標極不穩定。隨著生物技術的發展出現了載體流動床生物膜法(CBR)、PACT法、厭氧生物法和厭氧-好氧生物法等。

2.2.1 厭氧生物法

上流式厭氧污泥床(UASB)處理技術，是使煤化工廢水在特殊反應容器中逐級自下而上流動，在處理過程中將廢水中含有的有機物通過微生物直接轉化為CH4、CO2等并排放入反應器上部。同時，加裝三相分離器的反應容器，實現了氣、液、固的三相分離。

2.2.2 改進的好氧生物法

1) PACT法是在活性污泥池中添加活性炭粉末，充分利用活性炭的吸附作用來實現對有機物和溶解氧的吸收，同時，吸收的雜物還可成為微生物的食物以此形成完整的循環鏈條，對于有機物的氧化分解能力提升明顯。

2) 載體流動床生物膜法(CBR)是基于特殊結構載體的生物流化床技術。該技術在同一個生物處理單元中將生物膜法和活性污泥法有機結合，提升反應池的處理效果，并增強系統抗沖擊能力。可有效地降解廢水中難以降解的污染物，降低出水中的COD濃度。在處理濃度較高的煤化工廢水技術中廣泛使用，還可應用于后續的深度處理回用單元。

3) 厭氧-好氧聯合生物法

污水處理廠單純采用好氧或厭氧技術來處理工業廢水，實現零排放很難達標，雖然經過厭氧酸化技術處理過的工業廢水中有機物的生物降解能力提升明顯，尤其是去除重鉻酸鹽CODcr方面效果顯著。污水處理廠主要在降解有機物萘、喹啉和吡啶時采用該技術取得顯著效果。

2.2.3 深度處理

煤化工廢水在經過生化方式處理后，雖然水中重鉻酸鹽指數CODcr、酚類和氨氮的濃度有所下降，但是對COD、色度等處理上仍然難以達到零排放標準，必須采用深度處理的方法來進一步處理。深度

處理技術包括高級氧化、吸附、混凝沉淀和固定化生物技術及反滲透膜等。

1) 高級氧化技術。鑒于煤化工廢水中有毒有害物質成分復雜、含量高，特別是難降解的酚類、多環芳烴、含氮有機物等含量高，對后續廢水處理質量有影響，高級氧化技術主要是通過在廢水中釋放HO自由基，來降解有機污染物。高級氧化技術根據產生自由基的方式和反應條件的不同，可將其分為光化學氧化、催化濕式氧化、臭氧氧化、電化學氧化等。催化氧化技術主要用在廢水處理前期，可提高煤化工廢水的生化能力，由于使用過程中能耗大、成本高，實際應用較少。

2) 吸附法是通過固體表面的吸附能力來吸附去除膠質，但是當吸附表面的固體顆粒物大時效果不明顯，僅利用于吸附較小的膠質顆粒物，同時，由于該技術的吸附量大、成本高僅適合于小型污水處理廠使用。

3) 混凝沉淀是依靠重力沉降作用來實現煤化工廢水中懸浮物的固液分離。通過有機懸浮物的沉淀來降低后續固化生物處理過程中的有機負荷。污水處理廠在實際應用中通過在工業廢水中加入鋁鐵鹽、聚鐵和聚丙烯酰胺等混凝劑來提高沉淀效果。

4) 固定化生物技術是采用固定菌種，對含有有機毒物的廢水進行針對性的降解。經馴化的菌種對喹啉類物質的降解能力較污泥高3倍，且降解率高，經處理，廢水中的喹啉和吡啶類物質含量大幅下降，應用較廣。

3 結語

受我國能源結構的限制，煤炭仍是我國的基礎能源，而大力發展煤化工可提高煤炭產品的附加值，但是，生產過程中的廢水排放對生態環境的破壞不容忽視，必須發展廢水處理技術，提高處理效果和穩定性，實現零排放，保障煤化工產業的可持續發展，實現價值與生態環境保護的雙贏。