探討煤化工廢水的處理技術(shù)及應(yīng)用

趙婷婷，王 真，鄭雯倩

（1.石家莊市環(huán)境監(jiān)控中心，石家莊 050022；2.石家莊市機(jī)動(dòng)車排污管理中心，石家莊 050011）

煤化工主要的原材料是煤炭，但在工程實(shí)際實(shí)施過程中，會產(chǎn)生大量的工業(yè)廢水，這種廢水中含有大量化學(xué)物質(zhì)，如酚類、含硫物質(zhì)等，結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜，而且很難徹底清除干凈。因此，相關(guān)企業(yè)需要根據(jù)煤化工廢水的來源和特點(diǎn)，對處理技術(shù)進(jìn)行科學(xué)、合理選擇，盡可能地降低廢水對環(huán)境的污染。

1 煤化工廢水的種類及特征

1.1 煤化工廢水的種類

1.1.1 煤液化廢水

煤液化廢水是指煤炭原料在油品轉(zhuǎn)化加工過程中產(chǎn)生的大量廢水，其實(shí)際來源主要有加氫裂化、加氫精制和液化等。從煤液化工藝角度來說，常見的手段有以下兩種，一是直接液化，二是間接液化。該類廢水主要成為是酚和硫，含鹽量較低，但其鹽成分的COD 值偏高，雖然容易乳化，生化過程卻很難開展，增加了降解難度。

1.1.2 煤氣化廢水

煤氣化廢水是指原料煤在煤氣發(fā)生爐內(nèi)生成煤氣的過程中產(chǎn)生的廢水，主要產(chǎn)生于煤氣或是天然氣制造過程中的洗滌、冷凝及分餾等工段。從整個(gè)煤氣化過程來說，其廢水主要含有的物質(zhì)包括硫化物、氰化物等，由此可以看出，煤氣化廢水中的污染物成分極為復(fù)雜，傳統(tǒng)處理方法很難發(fā)揮作用。在煤氣化過程中，涉及的氣化工藝也不止一種，如水煤漿氣化、粉煤氣化等，不同氣化過程對應(yīng)的廢水類型也存在很大差異性[1]。

1.1.3 煤制甲醇、烯烴廢水

煤制甲醇廢水主要來源于氣化廢水，該種廢水含有大量的氨氮物質(zhì)，如果隨意排放，生態(tài)環(huán)境的平衡性將會受到巨大干擾。煤制烯烴廢水是指煤制甲醇在烯烴合成環(huán)節(jié)產(chǎn)生的大量廢水，該類廢水含有大量有害物質(zhì)，如果采用生化或者是直接燃燒處理，消耗成本將會進(jìn)一步提升，處理難度極大。

1.1.4 煤焦化廢水

煤焦化廢水主要是指煤在隔絕空氣條件下受熱后發(fā)生分解，形成煤氣、焦油、粗苯和焦炭等過程中所產(chǎn)生的廢水，而且廢水量較大，成分十分復(fù)雜，廢水含有酚、氨氮、氰化物、雜環(huán)化合物和多環(huán)芳香化合物等，很難對其進(jìn)行生物降解。特別是雜環(huán)化合物和多環(huán)芳香化合物不僅難以生物降解，而且具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，具有致癌和致突變的作用，危害十分大，因此當(dāng)前工業(yè)廢水處理中焦化廢水的處理一直是一個(gè)難題。

1.2 煤化工廢水的主要特征

在實(shí)際煤化工生產(chǎn)過程中，水的需求較大，導(dǎo)致廢水成分消除的難度升級，對工業(yè)生產(chǎn)也產(chǎn)生了阻礙。該類廢水主要有三個(gè)特征。一是色度和濁度較高。煤化工生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)均會產(chǎn)生污染物，最終均被混合于廢水中，在相關(guān)條件作用下，這些物質(zhì)容易產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，最終生成助色基團(tuán)物質(zhì)和含生色基團(tuán)物質(zhì)等。二是廢水中的物質(zhì)難以徹底降解，尤其是聯(lián)苯和喹啉等物質(zhì)，徹底降解的機(jī)會少之又少。三是廢水中的污染物種類復(fù)雜多樣，這主要是由于煤化工生產(chǎn)流程極為復(fù)雜，任何環(huán)節(jié)都會產(chǎn)生不同種類的污染物，最終全部集合在廢水中，如果單純應(yīng)用簡單的物理或者化學(xué)處理方式，很難將廢水中的污染物全部清除干凈[2]。

2 煤化工廢水處理技術(shù)實(shí)施過程中面臨的問題

在選擇煤化工廢水處理技術(shù)時(shí)，人們要考慮實(shí)際廢水的生產(chǎn)來源和組分，只有這樣，才能讓最終處理效果得到全面優(yōu)化。但站在實(shí)際工作角度來說，煤化工廢水處理技術(shù)在應(yīng)用過程中還存在以下問題。

2.1 設(shè)備成本較高

在整個(gè)廢水處理過程中，所應(yīng)用的設(shè)備無論是在制造上還是在使用上均需要花費(fèi)大量成本，這主要是由于現(xiàn)階段的節(jié)能環(huán)保要求大幅提升，想要滿足這些要求，技術(shù)投入力度必須有所提升，尤其是在廢水處理凈化劑的選擇上，應(yīng)該以實(shí)際廢水情況來進(jìn)行，針對性極強(qiáng)，而且廢水成分越復(fù)雜，凈化劑成本也就越高。除此之外，在廢水工藝處理上，還應(yīng)該使用新型處理技術(shù)，工作難度大大提升。

2.2 廢水處理結(jié)果不達(dá)標(biāo)

煤化工廢水含有大量的有害成分，想要將其完全清除極為困難。因此，很多處理工藝無法真正達(dá)到“零排放”效果。為了與環(huán)保要求相適應(yīng)，該類廢水無法直接排放到大自然中，否則將會為人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ鲙順O大影響。除此之外，還有很多煤化工企業(yè)為了提升經(jīng)濟(jì)效益，不重視廢水處理，導(dǎo)致周圍環(huán)境污染日益嚴(yán)重。為此，在實(shí)際處理工藝研究時(shí)，應(yīng)盡可能確保廢水中有害物質(zhì)的全面處理，最終達(dá)到“零排放”要求。

3 煤化工廢水的處理技術(shù)及應(yīng)用方式

3.1 預(yù)處理技術(shù)的應(yīng)用

在預(yù)處理技術(shù)實(shí)施過程中，主要的作用對象是前期除油和除酚等內(nèi)容。首先，在除油預(yù)處理過程中，主要涉及的方式有兩種，一種是隔油法，另一種為氣浮法。在使用隔油法時(shí)，工作人員應(yīng)提前做好廢水中輕質(zhì)油等分類工作，借助生物處理將油類濃度降低到20 mg/L 左右。氣浮法主要作用對象是廢水中的懸浮顆粒物和油類物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)二者的分離操作，具體方式有加壓、真空以及電解等。其次是脫酚預(yù)處理，該項(xiàng)操作主要是容積萃取脫酚工藝的應(yīng)用，由此可以看出，所選擇的萃取劑類型、濃度、pH 值等參數(shù)均會對整個(gè)脫酚效率產(chǎn)生巨大影響。另外，在脫酚預(yù)處理工作結(jié)束后，廢水中的揮發(fā)酚和非揮發(fā)酚濃度可以降低97%左右，效果極為明顯。最后是脫氨預(yù)處理，該項(xiàng)處理主要是對廢水中的氨氮化合物等進(jìn)行降解，以蒸汽除氨法的應(yīng)用為主。在很多情況下，廢水中的氨氮化物呈游離態(tài)，當(dāng)與蒸汽接觸后，分離作用極為明顯，為后續(xù)氨氮化物吸收創(chuàng)造了有利條件。相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，通過氨預(yù)處理工藝的應(yīng)用，整個(gè)廢水中氨氮化物濃度可以降低97.5%左右，效果極佳[3]。

3.2 生化處理技術(shù)的應(yīng)用

生化處理技術(shù)主要是借助微生物新陳代謝作用，最終實(shí)現(xiàn)污染物的處理和分解。首先是好氧生化處理工藝的應(yīng)用，該工藝的應(yīng)用范圍極廣，其中涉及SBR和PACT等內(nèi)容。SBR是流化床反應(yīng)池的代表，當(dāng)除氟、除油等預(yù)處理操作完成后，廢水中的CODCr濃度可以降低67%左右，氨氮化合物濃度也會降低43%。其次是厭氧生物處理工藝，煤化工業(yè)所產(chǎn)生的廢水含有很多難以降解的物質(zhì)，如喹啉等，該類降解操作在好氧條件下難以進(jìn)行。為此，厭氧生物處理工藝的應(yīng)用顯得尤為重要，可以避免喹啉等物質(zhì)出現(xiàn)。整體來看，生化處理技術(shù)的應(yīng)用，可以讓煤化廢水處理效果變得更為明顯，如果使用兩級外循環(huán)厭氧反應(yīng)器，總酚處理效率能夠達(dá)到52%，促使廢水可生化特性全面提升。

3.3 深度處理技術(shù)的應(yīng)用

煤化工廢水經(jīng)歷預(yù)處理和生化處理后，一般還會留有少量難以處理的污染物，進(jìn)而導(dǎo)致其難易達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。為此，相關(guān)工作人員需要對其進(jìn)行進(jìn)一步處理，該操作也被稱為深度處理。首先是混凝沉淀工藝的應(yīng)用，相關(guān)工作人員可以借助混凝劑，將廢水中還沒有被降解的物質(zhì)沉淀到底層。從以往研究結(jié)果得知，在該項(xiàng)技術(shù)作用下，廢水的出水渾濁度可以降到低于3 NTU，弱化了后續(xù)濾池的進(jìn)水負(fù)荷。其次是高級氧化工藝應(yīng)用，常用的氧化劑有臭氧、Fenton 等，最終實(shí)現(xiàn)污染物的有效降解。其間，效果最為明顯的氧化劑為Fenton，該試劑由二價(jià)鐵離子和過氧化氫組成，在酸性催化條件下可以發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，最終產(chǎn)生氧化性極強(qiáng)的活性產(chǎn)物，將廢水中大多數(shù)有機(jī)雜質(zhì)降解。從臭氧氧化劑應(yīng)用角度來說，其基本原理與上述內(nèi)容相同，該種方式對CODCr的去除率能夠達(dá)到60%，在實(shí)際工作中經(jīng)常使用。

3.4 泡沫的消除方法

煤化工廢水含有大量的脂肪烴、表面活性劑等成分，正是由于這些物質(zhì)的作用，煤化工處理設(shè)備在工作時(shí)會產(chǎn)生大量泡沫。為了避免對整個(gè)工藝流程產(chǎn)生影響，工作人員需要在預(yù)處理階段開展泡沫消除操作。但從實(shí)際操作角度來說，倘若使用一般的泡沫消除方式，空氣中的氧氣會讓廢水色度提高，與此同時(shí)，多元酚氧化也會通過相關(guān)反應(yīng)轉(zhuǎn)變成苯醌等物質(zhì)，該類物質(zhì)的降解難度更高，為后續(xù)處理工作的開展制造了不小的困難。為此，研究人員對整個(gè)煤化工廢水的特點(diǎn)進(jìn)行了充分研究，最終借助惰性氣體實(shí)現(xiàn)廢水除油，讓整個(gè)煤化工廢液中油脂成分全面降解，避免預(yù)氧化等反應(yīng)問題出現(xiàn)，這也為后期泡沫處理操作提供了極大便利[4]。

3.5 濃鹽水的處理

當(dāng)煤化工廢水經(jīng)過有效處理后，還需要開展鹽水處理操作，并借助膜濃縮技術(shù)，最終獲得可以重復(fù)使用的中水。在實(shí)際濃鹽水處理工作開展過程中，可以對雙膜處理過的反滲透濃水進(jìn)行應(yīng)用，最終全面提升處理效果。除此之外，當(dāng)煤化工廢水的含鹽量進(jìn)一步增加后，人們可以借助機(jī)械蒸汽壓縮循環(huán)工藝，進(jìn)一步開展廢水的加熱和蒸發(fā)操作，促使鹽水迅速分離，并生成鹽鹵水。之后，工作人員便可以對鹽鹵水進(jìn)行凝固處理，當(dāng)鹽鹵水完全變成固體后，放置到堆填區(qū)進(jìn)行埋藏。經(jīng)過上述工藝流程操作，煤化工產(chǎn)業(yè)便能進(jìn)一步降低廢水排放污染，為環(huán)境保護(hù)工作開展提供有利條件。

3.6 酚類化學(xué)物質(zhì)的毒性抑制

酚類化學(xué)物能夠?qū)Σ糠治⑸锂a(chǎn)生毒害作用，而且濃度高的酚類化學(xué)物甚至可以影響微生物的繁殖，降低其活性。在實(shí)際煤化工項(xiàng)目運(yùn)行過程中，如果將酚類化學(xué)物質(zhì)的毒性抑制策略應(yīng)用到廢水處理中，會使得整個(gè)廢水中的微生物繁殖率大大降低，進(jìn)而起到殺菌、降解等效果。為了對酚類物質(zhì)殺菌影響進(jìn)行控制，相關(guān)研究人員制定出生物增濃策略，該策略主要是對水力條件、高污泥齡等進(jìn)行調(diào)控，構(gòu)建低氧和最佳回流比條件，最終實(shí)現(xiàn)有毒化學(xué)物質(zhì)的全面處理。

4 結(jié)語

煤化工廢水具備濃度高、污染破壞性強(qiáng)等特點(diǎn)，其中還含有大量的氨酚類和氨氮類成分。除此之外，由于煤炭生產(chǎn)工藝和種類不同，所產(chǎn)生的工業(yè)廢水成分存在很大差異性，進(jìn)而加大了廢水的處理難度。針對傳統(tǒng)煤化工廢水處理中存在的不足之處，相關(guān)工作人員需要根據(jù)實(shí)際廢水特點(diǎn)，對處理技術(shù)進(jìn)行完善，最終確保廢水排放符合國家相關(guān)要求。