煤化工廢水處理技術與工藝應用改進

鄭 俊

（中國核電工程有限公司，北京 100840）

通常煤化工行業生產的廢水包含煤制油廢水、煤氣化廢水、焦化廢水等類型，不同廢水在水質上存在顯著差異，對廢水處理技術也提出了一定要求。當前常用預處理+生物處理+深度處理工藝進行廢水處理，但在實際應用上仍存在出水不達標、運行不穩定現象，對其進行技術改進與工藝升級提出了迫切要求。

1 煤化工廢水處理技術分析

1.1 預處理工藝

1.1.1 回收酚氨

采用萃取法進行廢水脫酚處理，選取甲基異丁基酮、二異丙基醚等作為萃取劑，將含酚廢水冷卻后送入萃取塔上部，利用循環油泵將萃取劑打入塔底，令廢水與萃取劑在塔中逆流接觸后，提取出廢水中的酚并將其轉移至溶劑油中，使溶劑油從塔頂進入到堿洗塔，經由化學反應后生成酚鹽，脫酚后的溶劑油進入油槽中循環利用。利用萃取法進行廢水處理可使脫酚率達到80%、脫氰率達到約50%，且能夠有效回收酚鹽，然而廢水的堿度將一定程度上影響到脫酚率，且選用的萃取劑部分溶于水，仍需針對廢水作進一步處理。采用蒸汽汽提法進行廢水脫氨處理，可有效去除廢水中的易揮發性物質，但其處理過程需在高溫高壓環境下進行，易引發設備嚴重腐蝕問題，造成較大能耗。

1.1.2 去除油類與懸浮物

當前常采用混凝沉淀法、氣浮法、沉淀法等工藝處理廢水中的油類物質與懸浮物。以氣浮法為例，該方法具有便于排渣、除油效果好、預曝氣等優勢，但在處理過程中易產生釋放器堵塞問題，且能耗較大[1]。在針對焦化廢水進行預處理時，通常選取在氣浮裝置前部加裝過濾器，用于提升廢水處理效果、最大限度減少廢水的含油量，為后續生化處理創設便捷條件。

1.1.3 難降解有機物處理

煤化工廢水中多含有以含氮雜環化合物為代表的難降解有機物與以高濃度致癌性多環芳烴為代表的毒性物質，常選用超聲波氧化、鐵碳微電解等技術破壞這類有機物的分子結構，實現廢水預處理，降低后續生化處理難度。

1.2 生物處理工藝

1.2.1 新型生物膜反應器

選取密度與水接近的生物填料用于在生化前端高負荷脫除COD，還可用于生化后端脫除氨氮。采用移動床生物膜反應器處理廢水可使COD 去除率超過80%、酚去除率達到90%，且裝置體積較小、具備良好的抗沖擊負荷能力，搭配高效脫氮菌強化系統可使脫氮率接近100%，但該處理工藝對于載體流化性能、反應器設計提出了較高的要求。

1.2.2 生物強化技術

采用生物強化技術進行廢水處理，選取經由基因技術培育的高效工程菌種添加到生化處理系統中，用于將廢水中的酚類物質轉化為可降解物質，能夠有效提高COD、氨氮、TP去除率。部分工程在處理焦化廢水時，選取微生物、酵母菌加入到流化床生物反應器內，然而卻未能達到理想的氰化物去除效果，這與廢水中有機物含量不足、氰化物降解速率較低、菌膠團沉降性能不佳存在密切關聯。

1.3 深度處理工藝

在針對煤化工廢水進行深度處理時，常用方法包含絮凝法、吸附法、電化學氧化法等。以絮凝法為例，絮凝劑大體包含金屬鹽類絮凝劑、高分子絮凝劑兩種類型，其中高分子絮凝劑又分為有機高分子絮凝劑、微生物絮凝劑、無機高分子絮凝劑等，在最佳工藝條件下COD 去除率可達到27%～32%，其處理效果有限。采用摻硼金剛石膜電極BDD 處理焦化廢水，其礦化率可接近100%，能夠有效去除生化出水中的氨氮，但該工藝的運行成本較高，不易開展實際操作。

1.4 膜分離技術

在膜生物反應器處理技術的基礎上，采用雙膜技術進行廢水處理，利用超濾膜過濾進水中的有機物、降低超濾進水的濁度、延長膜的壽命，運用反滲膜濾除進水的COD 與有機物，可同時起到降低COD 含量、脫色、脫鹽作用，出水可直接作為生產循環用水回用。

2 煤化工廢水處理工藝應用的具體改進策略

2.1 工程概況

以某煤制化肥項目為例，該項目以長焰煤作為主要原料、以BGL 碎煤加壓氣化技術作為主要生產工藝，可年產1 000kt合成氨、1 750kt 尿素。該項目在廢水處理上建有三大水站，其中污水處理站基于EBA 工藝處理酚氨廢水與生活廢水，處理水量為330～370m3/h，致力于實現生化出水100%回用；回用水站用于處理循環水站與脫鹽水站排水、污水站深度出水，處理水量可達700～800m3/h；濃鹽水站用于處理回用水站的反滲透濃水，處理水量約為160m3/h，并將處理后的高濃鹽水送入蒸發結晶器中。

2.2 出水COD高問題

通過收集該污水站在2016年7月至2018年4月的進出水COD 含量變化數據可以發現，在系統運行初期其出水濃度不超過50～80mg/L，2017年3月后出水COD 含量呈小幅上升趨勢，2017年12月出水COD 含量超過100mg/L，待2018年4月出水COD 再次下降到80mg/L 以下。造成該現象的主要原因如下：其一是受酚類、氰化物等物質的沖擊，影響到前端酚氨回收裝置的運行穩定性，對BE 池、生化池內的生化生長產生抑制作用，導致COD 降解效率下降；其二是BE 池、高密度沉淀池斜管破裂問題，使BE 池內生物量下降、出水SS 進入臭氧高級氧化池中，削弱其對于COD 的氧化降解能力；其三是好氧段污泥濃度降至3 000～3 300mg/L 以下，增大處理負荷、產生較多泡沫；其四是BAF 曝氣管發生局部堵塞問題，引發曝氣不均現象，影響到生物處理效果[2]。

為改善出水COD 高問題，可首先從A/O 好氧段打入污泥，使污泥回流至BE 池，令BE 池內污泥濃度提高到5 000mg/L；其次采用共基質生物刺激方法，選取甲醇投入到A/O 池內，用于提升有機物的厭氧降解性能，起到消泡作用；再次增大事故池回流比，借此降低進水COD 濃度與處理負荷，并培養A/O 池優勢菌種；最后需把握停車檢修契機進行損壞設備的維修或更換，確保將出水COD 值控制在80mg/L 以內。

2.3 出水氨氮高問題

該污水處理站在2016 年7 月至2017 年11 月期間的出水氨氮始終不超過15mg/L，多數時間穩定低于1mg/L，然而在2017年11月、2018年2月出現過兩次規模較大的氨氮沖擊現象，導致其進水氨氮濃度為450～500mg/L。究其原因主要體現在以下三方面：其一是氨氮與有毒物質沖擊，導致廢水生物毒性增強，且影響到微生物的繁殖；其二是反硝化過程中碳氮比為（1.7～2.8）∶1，無法為反硝化反應提供適宜條件，導致出水氨氮濃度上升；其三是碳酸鹽堿度較低。

為改善出水氨氮高問題，可首先加強對酚氨回收裝置的排查工作，將進水氨氮濃度控制在350mg/L 以內；其二是選取甲醇溶液經由消泡管加入到A/O 池中，令碳氮比提高到4 ∶1以上；其三是選取Na2CO3加入到A/O 池中，提高水樣中的碳酸根堿度，使出水氨氮值降至0.5～2mg/L 以下，保障生化處理系統恢復正常運行狀態。

2.4 泡沫與臭氣問題

當前生化處理系統中的泡沫問題較為嚴重，泡沫類型包含化學泡沫、生物泡沫兩種，多由進水濃度過高、污泥濃度較低、曝氣量過大等原因導致。同時，在廢水蒸發、生物代謝、添加藥劑等環節還會產生甲醇、臭氧類惡臭性氣體與H2S 類有毒氣體，造成空氣污染。

針對生化池中的泡沫進行處理，可選取氮氣氣浮除油+EC 外循環厭氧高速回流+BE 生物增濃低溶解氧曝氣組合工藝進行前處理，用于減少泡沫產生量；選用玻璃鋼防護罩、消泡鋼管安裝在A/O 池與BE 生物增濃池上方，防止泡沫溢出，并通過噴灑甲醇溶液使泡沫快速溶解，起到消泡作用。同時，在罩頂采用負壓抽吸法收集臭氣，在處理間進行集中除臭。

3 結束語

煤化工廢水具有組分復雜、有機物含量高、生物毒性大等特點，其處理工藝主要包含預處理、生物處理與深度處理三道流程，應結合廢水的水質特點進行處理技術的靈活搭配，并依據實際出水問題進行處理工藝的改進優化，保障系統長期穩定運行、出水水質達標，為其他煤化工廢水處理共性問題的解決提供借鑒。