煤化工廢水處理技術與工程應用

劉茂軒

摘要：煤炭作為我國的主要能源物質，與中國工業的發展息息相關，現階段我國煤化工產業已經是比較成熟的傳統產業。隨著人們對環境保護的日益重視，煤化工廢水處理的要求日益嚴格，這不但有利于我國生態環境以及工業的長期可持續發展，還促進了煤化工產業與工業廢水處理產業的發展。當前膜處理技術應用于各種廢水的深度處理中，該技術對于廢水凈化效率較高，可通過綜合利用膜技術和其他技術，使廢水處理后滿足回用水質的要求。

關鍵詞：煤化工;廢水處理技術;工程應用

引言

現如今，我們國家的煤化工產業發展速度非常快，再加上人民群眾的環保意識顯著提高，使得水處理的問題被更多的人所關注，相關的政府部門要重視煤化工企業的污染排放問題，在鼓勵發展化工技術的同時，也要切實做好廢水治理，對相關過程深入研究，控制污染物的排放，并找到最優的解決方法及技術，推動產業的可持續發展。

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，經過煤炭焦化、煤氣化、煤液化、焦油化工、電石乙炔化、化工產品回收利用等化學生產過程，將煤炭轉化為氣態、液態、固態燃料及其他化工類產品，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工藝中產生的工業廢水，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、稠環芳烴、萘、酮以及含氮氧硫的雜環化合物等多種難降解有機污染物，這些有機化合物未經處理將會對生態環境造成嚴重的污染。所以，對于煤化工業生產與加工過程中所產生的廢水，一定要針對不同生產工藝廢水的特點，采取相應的技術措施進行處理，及時去除廢水中的有害物質，在符合環保排放標準的前提下排放或者將其循環利用，有效節約水資源，實現水資源的清潔利用。

1.2煤化工廢水的具體種類

1.2.1煤液化廢水。煤液化是利用固態煤生產汽油、柴油、液化氣等燃料以及化學品的過程。煤炭原材料加工轉化過程會逐漸產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，這樣就會出現高度乳化的現象，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境下產生反應，產生水煤氣。煤氣化廢水主要來自煤氣發生爐的煤氣洗滌、冷凝及凈化等過程。水質極其復雜，含有大量酚類、長鏈烯烴類、芳香烴類、雜環類、氰、氨氮等有毒物質，這些成分很難分解，會對環境造成嚴重的污染，煤氣化廢水是一種典型的高濃度難生物降解的工業廢水。

1.2.3煤制甲醇廢水。通常，人們以水煤漿為原料，經加壓氣化、低溫甲醇洗及脫硫等工藝，生產甲醇。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廢水，煤漿系統的沖洗廢水等。廢水含有大量粉煤灰，氨氮、懸浮物含量高，如果不經過處理直接排放，將會對生態環境平衡造成不可逆轉的破壞，因此煤制甲醇廢水必須先處理后排放，以消除其環境破壞作用。

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境下分解，逐漸轉變成為煤氣、焦炭等物質的過程。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，這是一種成分復雜、有毒、難降解的典型工業有機廢水，常規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、多環芳烴等雜環類有機污染物，氨氮、硫化物、氟化物等無機污染物，稠環芳烴、長鏈脂肪烴等致泡的油性物質，酚、氰化物硫化物等高毒性物質，還含有多種致色基團。同時，煤質差異、設備生產負荷變動、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致廢水處理過程具有來水水質波動大等特點。

煤化工廢水存在以下特征：廢水排放量大，水質變化大;污染物濃度高，成分極其復雜;色度高，COD和BOD含量高;含多種生物毒性物質，生化降解難度大。當前，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的健康穩定發展產生了極大的影響，使得煤化工企業舉步維艱，面臨著嚴峻的挑戰和考驗。

2煤化工廢水處理技術面臨的問題

2.1廢水處理設備成本高

“十三五”期間，政府將逐步出臺能源強度和總量雙控制、碳交易、環境稅等一系列節能和環境保護新政策，隨著國家環境保護的新政策出臺，對環保的力度逐漸加大。但是就目前國內化工企業對煤化工廢水處理設備的科技技術沒有跟上腳步。對于煤化工工廠來說，想達到國家規定的標準，并且高效完成任務，需要大量購買技術先進的廢水處理設備，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，為了滿足化工企業的環保標準，需要增加購買處理廢水的先進設備以及大量的廢水處理凈化劑。

2.2廢水預處理存在的問題

對于之前的廢水處理過程，技術條件有限，加上煤化工企業對廢水的預處理認知不足，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標，則說明廢水處理的效果不佳，水質仍處在較差的水平。不僅如此，對含油較高的廢水處理中，用傳統的處理方法會使得常規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

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

3煤化工廢水處理技術

3.1物理化學處理技術

在煤化工生產企業中，對生產廢水的處理一般采用物理化學處理技術，其是當前應用比較普遍，而且相對成熟的處理體系。目前煤化工生產企業中主要應用混凝法、吹脫法以及化學氧化法等。

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

其次，吹脫法則是利用種類繁多的吹脫設備，向生產廢水中通入一定的空氣，從而達到氣液平衡的濃度狀態。通常情況下利用填料吹脫塔進行處理，可以將拉西環、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移。在煤化工生產廢水中，由于其含有大量的尿素，所以在應用時應注意水溫和pH值等的參數控制。

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

3.2生物處理技術

在煤化工生產廢水的處理技術中還包括生物處理工藝，在煤化工企業中是采用厭氧水解酸化法以及兩相厭氧生物處理技術、厭氧-缺氧-好氧活性污泥法等，對廢水中的污染物進行處理。其中，厭氧水解酸化法則是通過利用微生物內活動所產生的酶，對廢水中含有的復雜結構有機物進行降解，比如多環芳烴或者是長鏈化合物等。而兩相厭氧生物處理技術的應用，則是要保障將產酸菌和產甲烷菌放置在相同的條件下，并通過環境調節，促使產酸菌和產甲烷菌處于效率最佳的狀態下，能夠有效的處理煤化工生產廢水。厭氧-缺氧-好氧活性污泥法是近年來出現的一種普遍采用的處理工藝，企業的相關工作人員要結合自身生產廢水的特征挑選具有優勢的生物菌種，在生產廢水處理過程中，可以達到85%的氨氮去除率。

4煤化工廢水處理技術優化研究

4.1保障運行穩定的技術優化

現如今，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雜，但是成果不具備穩定性。在煤化工領域中，“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。為了能夠對廢水處理系統的穩定性做出保障，對處理的方式開展了強化，將開關曝氣閥門安裝在了A/O池中，同時以進水氨氣、氮含量作為標準，調整污泥回流比。借助技術的強化，廢水處理系統的抗沖擊力顯著提升，出水中的有機物含量減少，運行整體效果趨于穩定。

4.2預處理

煤化工工程中產生的廢水中存在大量不易降解的有機物，所以第一步的目標即是對這類不易降解的有機物進行預處理，但是就現有的技術水平來看，一般的分離技術達不到理想的效果。可以最先用砂沉對廢水中的有機物進行濃縮，靜態處理，再通過柵格等用具過濾物質，接著對已經無明顯沉淀物的廢水采取砂水分離等操作，同時，還可能對水質進行中和操作，最后就可以分離出廢水的油相和水相。

4.3生化處理

在廢水進行預處理后，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，無法做到完全清潔，需要進一步處理。首先，利用A/O 等工藝處理水相，降低水相的COD 值，并在傳統的A/O 基礎上，在水中加入厭氧微生物，達到降解聯苯、喹啉等有機物的目的。在沉降的工藝中，需要分離并去除鏈上的化學物質，使鏈狀化學物質進一步分解成短鏈的化學物質，以上技術對工業廢水的預處理有重要作用。不僅如此，還可以采用SBR 等工藝，結合物理沉淀法去除廢水水體中的有機污染物。

4.4水資源優化調度

針對回用水站以及濃鹽水站而言，對其出水標準進行提高，可以借助水資源優化調度法實現。將反滲透的技術應用于超濾水箱中，如此一來，廢水便能夠進行超濾和反滲透處理，所以，水質不能夠和原始流程進行對比。將多介質過濾的方式應用于濃鹽水站中，即便廢水濁度處于0.5NTU至1.0NTU范圍內，相較于超濾產水稍大，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，水資源優化調度法可以發揮巨大作用，具備可行性。

4.5泡沫及臭氣優化控制方法

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

對泡沫及臭氣優化控制工作而言，其中的關鍵過程主要有兩個，分別是規避泡沫的出現和對已經出現的泡沫的處理。在泡沫出現之前，控制泡沫出現的方式主要有三種，分別是對EC外循環厭氧回流速度加大、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，在所出現的泡沫量上較低。當泡沫出現后，在A/O池玻璃鋼防護罩的頂端位置和BE生物增濃池中，進行消泡管的設置，玻璃鋼防護罩的作用是保證泡沫不會出現滿溢的情況，向其中導入甲醇，泡沫則會快速消失。

4.6精細化管理

煤化工生產的技術含量較高，只有煤化工企業高層對企業精細化管理，才能實現企業以及化工產業的可持續發展。首先，化工企業需要從整體上探究污水處理前后的系統聯系，從煤的質量、工藝設計、運營環境等方面對主要的煤化工工程以及產生的水污染物來源特點有明確的了解，進而采取措施，減少污染物的排放。其次，廢水處理技術需要重新工業化，在研究深度與主要工藝相同的基礎上，需要起到一定的環保帶頭作用，不能一味地復制模仿。最后，企業應該重新樹立排放廢水的思想，丟掉重生產輕環保的老舊思想，落實國家的廢水處理標準，積極培訓企業工作人員的思想以及技術，真正達到精細化管理。

5結束語

我國蘊含著十分豐富的煤炭資源，雖然我國工業水平得到了良好的發展，工業產業中的煤化工行業發展水平也逐漸提高，但煤化工行業發展所面臨的環境污染問題也愈加嚴重，其中廢水問題日益成為煤化工行業發展瓶頸，煤化工行業會產生大量廢水，廢水中含大量的有毒有害物質，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廢水，減小對環境影響，是當下煤化工行業一個非常值得研究的重點問題。

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（作者單位：青海大美煤業股份有限公司）