煤化工廢水處理技術探討

張咸臣

（山東海岳環境科技股份有限公司，山東 煙臺 264006）

1 煤化工概述

1.1 煤化工的概念

煤化工生產是指一種以煤作為產品的主要加工原材料，經過特殊化學技術加工處理，使煤直接轉化為多種氣體、液體原料、其他固體燃料混合物以及多種化學品的化工過程。煤化工生產主要經過三次物理化學加工過程，包括煤燃料的氣化、液化、煉焦油的加工轉化及煤電石乙炔化工分離等過程[1]。

1.2 煤化工的發展和應用

煤化工是利用天然氣生產燃料的一種技術，其中利用氣化煉焦法是工業生產最早出現的一類工藝，也是石油化學工業體系中的重要組成部分。煤中的氣化工藝應用亦十分地重要，廣泛應用于生產各種液化氣體的氣化燃燒中；煤經過低溫高壓或加氫工藝的自然液化，能夠進一步產生大量人造石油氣體以及一些化學用品。目前，石油仍然是比較短缺的能源之一，可以選擇煤炭液化石油氣產品等廉價天然優質石油燃料直接將其替代。

1.3 煤化工廢水

煤氣化是以煤焦為原料，在一定溫度和壓力下與氧氣、水蒸氣等氣化劑反應，將煤焦轉化為水煤氣的過程。煤化工廢水的二次污染廢水的來源主要包括焦化廢水、氣化焦廢水和焦化煤液化廢水。焦化廢水原料的主要成分來自于生產操作中大量使用的高溫洗滌煤氣水系統和鍋爐冷卻水，其主要大氣污染物通常是苯酚、氨、氰氨、硫化氫廢氣和廢油廢水等[2]。

1.4 煤化工廢水的特點

煤化工中排放出來的化學廢水主要成分是超高濃度煤氣的洗滌濃縮廢水，其中可能含有較大量游離的萘酚、氰溶劑、油、氨類和含氮農藥等一些有毒及有害物質。產生煤化工廢水的煤化工產品根據生產和工藝特點不同，所產生污染物的廢水類型也有所不同。煤化工廢水的特點主要有：（1）成分比較復雜，污染物的濃度比較高。煤化工企業每天所產生的化工廢水量大、水質比較復雜，其中含有大量細小的黃色固體或懸浮細顆粒雜質以及其他大量有害及難降解的化工污染物，如酚類和氰化物等。（2）化學綜合物的危害相對較大。煤化工廢水中含有高濃度的有毒物質，經過氧化或降解后處理的難度比較大，危害性也很大。

1.5 不同煤化工工藝廢水的特征

1.5.1 煤焦化廢水

煤焦化一般是指焦化工藝，是通過加熱煤炭，將其與空氣環境完全隔離，并反復加熱多次，使其在煤焦中熔化和冷凝，形成分解物質。而升華為氣態廢煤氣、焦油、粗苯燃料和其他廢焦炭料等燃料的一種加工制造過程[3]。

1.5.2 煤氣化廢水

煤氣化主要以煤氣或煤煉焦產品為基本原料，在滿足適宜溫度范圍和合適壓力條件下，煤粉或者煤焦會迅速與氧氣、水和氨水等其他化學劑互相反應后，轉化成為水煤氣。主要采用的工藝有碎煤氣加壓氣化、煤氣化和水煤漿等氣化技術。不同技術工藝所產生的氣化工藝廢水、大氣水質污染物和水量等存在很大的差異[4]。

1.5.3 煤液化廢水

煤水再生液化技術工藝的原理是原煤廢水產生的廢水直接再液化，以及高效煤炭污水間接的再進行液化處理[5]。主要用于以進口優質航空煤油等為重要工業原材料，生產的新型高效環保煤炭工業廢水的轉化再生處理技術[6]。

1.6 處理煤化工廢水的意義

煤化工企業中選用煤煉焦、煤氣化等燃料副產品和各種煤化工精料產品，以及其他的化工產品原料，在加工精制處理與二次提煉等生產作業過程中，有時會直接在水中產生許多含有有毒硫化物成分的有機化工廢水，此類工業廢水污染物及所組成的化合物中含有的多種有機化學成分異常復雜，通常含有大量有害重金屬雜質，如硫化合物和硫酚鹽類等，還有一些是污染性質比較特殊的有害化合物[7]。

2 煤化工廢水污染現狀

煤化工原料生產企業主要以焦煤、焦炭作為基本原材料，需要以大量鍋爐水作為保證煤炭生產運行的介質，直接產生了大量的污染廢水。目前，煤化工企業生產環境中面臨的突出問題主要是工業廢水中污染物的處理。煤化工的生產用水日耗水量非常巨大，煤化工企業生產過程中用水的主要方式是煤原料液化、焦化處理和最終氣化。直接產生的工業生產廢水主要包括原煤液化、焦化處理和煤炭氣化三類廢水。從煤化工廢水源污染問題現狀看，主要原因是污水來源渠道比較分散、水量消耗大、污染物成分復雜、危害因子多且污染降解控制難等。因此，煤化工廢水中相關物質的處理已成為未來煤化工行業亟待解決的問題。

3 煤化工廢水處理技術

用于煤化工廢水處理的新型化學生物水處理技術，簡單按照生物化學原理方法分為生物法、化學法和水熱物理法等，按照其所要求處理生物化學廢水的工藝流程順序主要分為化學常規水預處理、生化水前處理工藝和生物水深度化處理等工藝；按照其生物廢水處理工藝流程的特點可分為多種工藝的關鍵技術步驟和多種生物處理工藝組合處理技術。

3.1 預處理技術

煤化工廢水在預處理階段主要以選擇物理法和化學法處理為主，其中的物理法有隔層油法、氣浮法、蒸汽法、過膜法、膜吸附分離、磁分離、萃取法吸附和物理吸附分離法等。化學法主要有微電解法、高級還原氧化反應法等。

預處理廢水處理方法是去除預處理廢水中的油污、酚類、氨類、懸浮顆粒物質等重金屬以及各種水中潛在的有毒污染物殘留等。工藝目的一般是要盡快將前處理廢水污染物沉淀中可能殘留的大量含油等雜質、多種潛在有毒污染物等進行初步去除，再利用預處理及后期濃縮工藝對預處理廢水進行再次凈化濃縮處理。

3.2 生化處理法

3.2.1 A/O工藝

A/O水處理工藝即為生物厭氧/好氧工藝，是采用一種普通的生物活性污泥工藝去處理有機工業廢水，達到對生物脫氮素廢水和生物有機脫碳元素廢氣的綜合凈化等目的。普通生物活性污泥的原理是由于污泥處理過程中會有一些微生物，并參與了硝化的還原氧化，以及反硝化的還原反應的生物氧化分解作用，使廢水污泥中所含有的大量硫氧氮磷和二氧碳氫鉀等大量酸性物質都被這些微生物分離出來，從而使廢水分解。

3.2.2 A/A/O工藝

A/A/O處理工藝即為厭氧/缺氧/好氧工藝，在原A/O氧化工藝基礎上再增加了厭氧化處理工藝階段，通過對原廢水難以生物降解的部分進行有機物的還原處理。A/A/O轉化工藝的具體應用主要是通過加強水厭氧層的表面處理程度，使廢水溶液中難以自然降解的可溶性有機物，逐步變成長鏈狀結構的可溶性化學物，最終向可溶性有機化學物轉化，實現直接降解污染廢水中有機物的最終目的[8]。

3.2.3 SBR工藝

SBR工藝即是序批式降解活性污泥工藝，該技術基本上是對普通活性污泥廢水的改良，重新降解廢水中原有的活性有機物、氨氮離子等被污染的有機物成分。SBR工藝的具體應用對有機廢水直接進行無害化處理，并以根據國標《合成氨工業水污染物排放的標準》為主要參考標準，通過生物活性污泥法對有機廢水分別進行生物氧化還原和生化厭氧轉化的分離反應，厭氧轉化病原微生物可以用來完成自身有機代謝活動的生物功能，去除廢水和污泥中有害污染物的成分。

3.2.4 CBR工藝

CBR工藝即以生物污水顆粒為載體并采用生物流化床的工藝，這種廢水新工藝主要利用生物膜處理技術及生物活性污泥法，對廢水生物填料進行生物化處理，將各種工業廢水生物填料均勻地添加和混合后，進入各種生化處理廢水設備反應器中進行生化處理。生物填料反應器的顯著特點是設備投資低成本、作用空間足夠大、占地面積比較小、脫碳與氧化作用能力比較強，因而生物材料抵抗惡劣環境的沖擊能力和復合作用的能力比較大[9]。

3.2.5 UASB工藝

UASB工藝即為上流式厭氧污泥床生物處理工藝，主要特征為利用厭氧生物處理技術，直接對工業廢水污泥床進行微生物處理。厭氧生物水處理工藝中的UASB工藝用于分離和轉化廢水中剩余的大部分有機物，使一些有害氣體、液體顆粒廢物和少量有毒固體廢物可以得到有機分離處理。因此，積極大膽地探索、研究生產和工藝試驗常用的高效生物膜反應器、等離子體表面處理、光催化還原和選擇性電化學陽極氧化技術，并將所有這些新技術應用于廢水污染處理，能夠提升煤化工廢水系統的表面處理工藝。

3.3 深度處理技術

利用深度循環技術處理有機廢氣中的各種廢水方法還有很多，根據上述這些重要廢水類型的物理化學特征，對于強區，可用有機煤作為工業廢氣的回收和凈化，已經完全達到滿足國家綠色污染物環保排放的各種相關標準。常用的空氣凈化處理化學方法較多，主要有氧化吸附法、膜分離氧化法、混凝沉淀法、高級吸附氧化法、還原法、固定吸附生物技術法、催化吸附氧化還原法和臨界水吸附氧化吸附法等。在污泥深度分解凈化后，在污水處理廠深度處理凈化過程的設計中，主要強調的內容是利用催化劑對沉淀的剩余污泥中的生物活性及有機物，選擇性地進行生物氧化及降解，從而降低沉淀污泥廢水中游離物的COD值和剩余污泥所含的金屬鹽量濃度等。在廢水生物處理工藝開發的過程中，采用的方式是一種物理技術、環境化學方法及環境生物法相互結合的新方式，是一種聯合應用技術，這種技術明顯的優勢主要是工藝流程簡單、成本低且運行效率高，因而有利于提高廢水微生物的排放限值標準并進行安全高效地處理[10]。

3.4 膜技術

目前，國際生產商已經使用先進的油脫分離技術，實現了對含油污水的分離處理，徹底去掉油污水內剩余的乳化油和可溶解油，同時還達到了脫鹽的雙重目的。微濾工藝或膜超濾膜技術是處理含油廢水的一種含油工藝，主要是不用任何處理藥劑，屬于純物理分離的過濾方式，并保證不會再次產生大量污泥，對原水中各種油濃度的變化過程也有很強的適應性。該技術通過將污水系統進行循環再應用，實現對進水的凈化處理，其主要的功能是可以進行消毒殺菌處理和清洗處理。

3.5 泡沫消除方法

由于煤化工廢水中混有的大量水溶性有機脂肪烴酸和有機表面活性劑等酸性成分，使相關化工生產設備的正常運行會因不同粒度煤的作用而受到破壞，并產生大量的金屬泡沫，而這些泡沫氣體會對整個煤化工系統生產設備的正常運轉產生一定程度的破壞。因此，要先用水徹底去除廢水中生成的大量泡沫，然后再進入廢水預處理工藝階段，以降低廢水中產生的泡沫給整個處理工藝流程造成的不良環境影響，從而可以顯著改善最終預處理階段的廢水污染效果。相關工作人員在消除水中泡沫的廢水預處理過程中，采用的是一種常規的水泡沫廢水消除技術。在處理過程中，空氣中的少量氧氣會與廢水中的其他有害物質發生一系列化學反應，導致廢水色度值顯著增加。廢水中多元酚鹽等一些物質，在其氧化水解過程中會逐漸形成苯醌類等毒害物質，而苯醌物質由于氧化難以自然降解，從而增加此類廢水處理的人工處理操作方式難度。相關工作人員還結合煤化工廢水自身的環境特點，不斷對消除泡沫的處置方式進行技術升級和產品創新，通過使用惰性氣體，將焦化廢水污泥中存在的飽和脂肪烴衍生物和高分子表面活性劑類化學成分，進行全方位的分離降解，以最終達到完全去除煤化工廢水淤泥中含有的揮發性油脂目的，避免化工廢水淤泥在實際運行工作中發生二次氧化的問題，使泡沫再度產生的概率有所降低，從而達到徹底消除其泡沫污染的目的。

4 結語

綜上所述，煤化工廢水排放的總量達標排放，是我國煤化工企業追求的環保最終治理目標。針對當前煤化工廢水處理新技術及存在的各種問題，要引起下游企業專家和產業研究者的高度關注。因此，要系統研究煤化工廢水污泥的綜合處理問題，從相關技術應用、經濟理論和管理制度體系上逐步規范并引導其實施過程，從而有效實現煤化工企業生產中污水的高效處理，進一步促進化工行業的可持續發展。