煤化工污水處理工藝技術分析

董 歡

（大同煤炭職業技術學院，山西 大同 037003）

煤炭作為我國主要化石能源，在生產結構中占據主要地位，隨著煤炭消耗量的增加，煤化工產業也迎來了新的發展趨勢。在生產過程中，諸多煤化工項目所處位置的資源較為匱乏，地表水環境容量有限，甚至部分地區并不存在納污水體，但在生產過程中對水的需求量卻巨大，同時也會生產出大量的工業廢水，廢水的污染物組成成分十分復雜，對環境產生嚴重威脅。污水處理在煤化工行業中，具有處理難度大、排放量大的特點，且污染物濃度高，針對此種發展現狀，應當積極尋求成本低、效益高的污水處理工藝，以此實現工業經濟與環境的協調發展，為煤化工企業的轉型與升級提供支持。

1 煤化工耗水量大的主要原因

（1）節水意識薄弱。許多煤化工企業在生產過程中，正處于工業化開發階段，其主要核心是實現工業技術的升級優化，從而產出合格產品，滿足市場需求。這導致大部分煤化工企業未注重節能節水工作的開展，重點工作始終圍繞著生產工藝與生產效益而展開，從而導致污水排放量大的問題未得到解決。

（2）缺乏水網優化措施。許多煤化工項目為了達到最終的經濟效益，會在生產中選擇多種生產技術，比如某煤化工項目，會選擇殼牌粉煤氣化技術，而在凈化時會選擇低溫甲醇洗技術，而在甲醇制烯烴時會選擇中科院大連物化所技術。生產設計的主要目的是保障各項工藝符合標準，提高生產質量，優化生產流程[1]。但在系統化生產中忽略了水網優化的重要性，導致水資源浪費問題較為嚴重，污水也并未采取必要的優化措施。

（3）缺乏汽化爐節水考核。煤化工行業在生產過程中離不開煤氣化技術的支持，屬于節水工作的關鍵環節，但新型煤氣化裝置缺乏對水資源消耗量的控制，也缺乏對廢水污染物濃度的指標考核，導致污水在排放時存在過多污染物，對環境造成嚴重威脅。

2 煤化工污水特點

在煤化工生產項目中，生產污水量較大，其中還含有諸多污染因子，如COD、氨氮等，而其他污染物的含量較低，各污染因子主要來源于煤的生產流程，包括氣化、氣體凈化等階段。污水中COD質量濃度在300 mg/L左右，氨氮的質量濃度在100 mg/L左右，受到生產工藝與生產環節的影響，所采取的控制措施存在明顯差異，污染物濃度也就會存在出入。在焦化污水中各污染成分復雜多變，其中有機物含量較高，主要與原煤性質、碳化溫度、生產流程、焦化回收程序等多項因素相關。

3 煤化工污水處理工藝技術

3.1 物化預處理工藝

在煤化工生產過程中，廢水中的酚濃度以及氨濃較高，遠遠超出了生化處理標準，因此在物化預處理過程中，其主要目的是實現脫酚除氨，為生化處理環節做好準備，降低處理負荷的影響，保障最終處理效果。

3.1.1 萃取脫酚

目前煤化脫粉的主要方法包括蒸汽循環法、溶劑萃取法，采取蒸汽循環法能夠保障脫酚效率高達80%，但是在煤化工生產中，含塵量過高，導致酚水的凈化效果難以保障，也會導致凈化流程難度加大，而在凈化過程中，焦油類物質很容易導致換熱器出現嚴重堵塞，使得金屬填料極易出現腐蝕問題，最終的應用效果無法保障。溶劑萃取法在進行脫酚時，則不會出現以上缺點，能夠保障最終的脫酚效果，脫酚率高達90%以上，但最終脫酚效果受到溶劑的影響，溶劑的選擇是其關鍵步驟[2]。酚水萃取溶劑能夠保障最重要的萃取效率，同時也不容易出現乳化現象，油水更易分離，不會對水質造成二次污染等問題，最終的處理價格也較為便宜。萃取脫酚工藝的研究主要圍繞著萃取劑的選擇展開，比如在研究過程中會根據萃取的濃度、pH，探究最終的廢水萃取脫酚效率，最終結果發現，在工業萃取劑中最為常用的為磷酸三丁酯以及煤油溶液，同時為了保障萃取效果，根據萃取劑制定了萃取體系。研究還發現氫氧化鈉溶液濃度、反萃取比，會對最終萃取回收酚類效果產生影響，并構建了氫氧化鈉反萃取回收酚類的體系。最終實驗結果發現，萃取脫酚率高達97%，酚總回收率超過90%。可見在氫氧化鈉反應體系的應用下，能夠對高濃度含酚廢水進行有效的處理，達到過程簡單、萃取劑可重復利用的效果，能夠保障最終經濟效益。但應用缺點在于處理能耗較高，萃取劑在廢水中可能會出現殘留情況，對后續處理流程產生影響。

3.1.2 脫除與回收氨

在煤化工企業生產過程中，對煤氣化廢水的處理，大部分選擇傳統處理工藝，通過閃蒸、沉降，使得焦油與清油得到去除，隨后對酸性氣體進行精餾脫除，最后萃取脫酚。廢水在經過脫氨與脫酚步驟后，可正常進入到生化處理階段進行再處理。但由于廢水中會含有較高濃度的二氧化碳，且脫氨步驟需要最后進行，所以在處理過程中，存在二氧化碳與氨共存的情況，反應后會形成氨鹽結晶，從而導致設備出現結垢現象，引發嚴重的堵塞問題，最終影響設備的運行效率。

部分煤化工企業在處理時選擇使用單塔加壓汽提側線脫氨法，此方法在煤氣化廢水處理時，在廢水汽提單塔中，能夠實現對酸性氣、游離氨以及固定氨氮的去除，從而獲得高濃度的氨氣；而在塔釜凈化水中，固定氨二氧化碳以及硫化氫的濃度低，不易出現結垢，而在凈化后廢水能夠滿足后續生化處理的各項要求。大部分煤化工企業在處理加壓氣化廢水時，使用單塔加壓側線抽提裝置，能夠實現同時脫除固定氨、酸性氣體等物質的目的，而廢水經過脫酚處理后能夠滿足生化處理需求，最終可獲得高濃度氨氣。

3.2 生化處理工藝技術

煤氣化廢水經過預處理以后，要采取生化處理工藝對其進行再處理，一般情況下會選擇缺氧－好氧生物法加以處理，但是在煤氣化廢水中存在諸多的降解物質，采取常規的處理方法，無法保障污染物的全部去除，且經過處理以后的COD、氨氮指標無法達到最終的處理標準，因此為了滿足生化處理需求，新生化處理技術逐漸涌現出來。

固始雞舍養和放養比較，氨基酸總量肉中3.45%和4.54%，肝臟中28.14%和34.38%，放養較高；必需氨基酸肉中0.779 6%和1.143 7%，肝臟中12.12%和15.7%，放養較高；非必需氨基酸肉中2.658 8%和3.393 4%，肝臟中16.034%和18.712%，放養較高；呈鮮味氨基酸中肉中0.579 7%和0.66%，肝臟中5.71%和6.71%，放養較高。

3.2.1 好氧生物法

（1）生物炭工藝。在曝氣池前，可在回流的含炭污泥中混合粉末活性炭，在進入曝氣池后能夠實現對廢水的有序處理，而處理過程為物理化學－生物處理。在進行工藝處理時，生物炭表面會吸附出很多難降解的有機物，使得廢水中的有毒物質以及難降解物質能夠得到有效降低，使得微生物活性能夠得到顯著提高，進而增強污染物的處理能力。此外，生物炭可實現對難降解物質與微生物的同時吸附，使得微生物與難降解物質的接觸時間得到延長。微生物能夠對吸附物質起到降解作用，部分生物炭表面可實現再生，再生后的生物炭能夠對有機物再次進行重新吸附。此種協同作用能夠對難降解以及無法降解的有機物起到有效的吸附效果與去除效果。生物炭工藝能夠提高COD的去除率，尤其是對煤氣化廢水，COD與氨氮的去除率均較高，與傳統活性污泥法相比更具優勢[3]。但本項工藝技術在煤氣化廢水處理中，還需進一步深入研究。生物的處理工藝應用問題主要是，在排除污泥時存在一定磨損性，生化系統中的設備材料需要具有較強的耐磨性。如果生物炭添加量過多，在出水時可能會存在較多的生物炭顆粒。

（2）流動床生物膜工藝。主要是在反應器中加入與水密度相接近的懸浮載體，使得反應器中生物量與生物種類得到提升，從而保障反應器的綜合處理效率。在此項生產工藝中，每一懸浮載體都含有附著生物膜，生物膜外部則主要以好氧菌為主，生物膜內部主要為厭氧菌、兼氧菌，在同步硝化與反硝化點作用下，能夠實現氨氮的有效去除。另外，在流動床生物膜工藝的反應器內，煤氣化廢水中的特征污染物能夠得到有效降解，不僅能夠保障有機物的處理效率，同時也能夠有效強化耐沖擊能力。流動床生物膜工藝的應用，能夠在活性污泥法的基礎上對廢水加以處理，而反應器能夠在水里停留短時間內降低氨氮濃度，同時也能夠降低處理能耗與處理成本。流動床生物膜工藝的缺點為需要應用到聚丙烯材質，從而導致原材料的綜合成本提高，因此在后續研究中，需進一步研發低成本的懸浮填料。

（3）深層曝氣法工藝。需要在射流曝氣與加鼓曝氣的基礎上完成供氧，好氧處理系統具有高負荷效果。在此工藝下，能夠實現空氣氧轉化利用率的有效提升，在處理過程中，需要將溶解氧的質量濃度控制在5 mg/L以上，使其能夠承受高負荷的運行條件，并提高COD去除率。深層曝氣法工藝屬于完全混合型運行模式，原水能夠與回流廢水合流，而后進入到反應器中，使其能夠被快速循環與混合，從而提高抗沖擊負荷能力。深層曝氣法工藝能夠有效處理發酵、制藥、食品、煤氣化等多個行業的廢水。比如，某企業在處理魯奇加壓氣化廢水時，初始COD質量濃度為5 000～6 000 mg/L，而氨氮的質量濃度為800 mg/L左右，整體處理難度較大。采取深層曝氣法工藝在進行廢水處理后，COD質量濃度降低到80 mg/L以下，氨氮的質量濃度降低到10 mg/L以下。深層曝氣法工藝反應器能夠充分提高COD與氨氮的去除率，使得傳統工藝泡沫多的問題得到有效解決，但工藝缺點在于池體深度大，需要較高的能耗。

（4）BioDopp工藝。需要結合氧化溝全液內回流的理念，選擇不同功能的分區形式，借助曝氣系統，將空氣提推技術作為主要動力，并將水解酸化、除碳、脫氮等多個單元組成一個單元，實現對占地面積的有效建設，同時也能夠對工藝流程起到有效的優化作用，減少投資，縮短巡檢路線，使得運營管理更加高效。BioDopp工藝的主要技術在于微生物馴化，技術設計的要點是在微生物循環中創造與自然界貼合的條件[4]。在低溶解氧以及活性污泥濃度高的條件下，能夠培養出特殊堿性菌種，生長速率較慢。此類菌種能有提高活性污泥的耐受能力，在反應器處理過程中，能夠提高污染負荷的沖擊，同時也能夠為微生物創造良好的生存環境，有效提高處理效果。另外，本工藝可為同步硝化反硝化找到條件。

3.2.2 厭氧生化工藝

在煤氣化廢水中，存在諸多難降解的有機物，比如吡啶、喹啉、吲哚等等。這主要是由于此類污染物的相對分子質量較大，整體結構較為復雜，如果在好氧的條件下無法保障污染物的全部去除。但此類污染物具有厭氧降解的特點，因此在選擇好氧處理以前，可對其進行厭氧處理，在厭氧微生物的分解作用下，使得難降解物質能夠分解為容易降解的小分子有機物，而后經過好氧處理程序，全部去除難降解有機物。

在處理高濃度甲醇廢水以及氣化廢水時，可選擇兩級兩相厭氧處理工藝，此項工藝技術可在選擇接種污泥時，以厭氧顆粒物污泥為主，快速啟動處理程序。采取兩級厭氧的處理方法，能夠提高COD的去除率，最終可高達90%。而且在此項處理工藝中，系統的抗沖擊能力良好，進水水質波動的影響較小。如果進水中COD質量濃度處于7 000～11 000 mg/L時，出水COD質量濃度能夠降低到600 mg/L。除此之外，在煤氣化廢水處理流程中，上流式厭氧污泥床處理工藝、活性炭厭氧膨脹床工藝的應用也較為常見，最終的處理效果能夠得到充分保障。

3.3 深度處理工藝

對煤氣化廢水進行生化處理后，各種有機污染物都被取出，但仍然存在少量難降解的污染物，使得生物處理出水無法達到最終的標準，也不符合廢水回收再利用的要求，因此需要對其再次進行深度處理。

3.3.1 吸附法

吸附法就是指在液體或者固體物質的表面對其他液體或氣體進行吸附，尤其是在保障表面積的情況下，吸附力能夠起到有效的作用，因此在工業廢水處理中，會選擇表面積較大的物質進行吸附，如活性炭等等。這種方法操作更為便捷，能耗較低，可保證最終的去除效果，但吸附劑用量大，再生費用高。活性焦處理煤氣化廢水主要是利用活性焦進行吸附處理，使得COD與SS點處理效率提升。

3.3.2 混凝沉淀法

傳統去除懸浮物時主要以反應沉淀工藝為主，但在具體技術操作過程中，生產成本較高，反沖洗周期較短，因此高效混凝沉淀技術應運而生[5]。通過在混凝沉淀池中布置折板、網格等設備，產生高強度微渦旋，使得最終反應速率得到提升。而在多層網格作用下，可對絮凝過程的水流剪切力起到控制作用，從而形成更易于沉淀的密實礬花，在復合斜板沉淀設備支持下，提高沉淀池的上升流速，使得排泥無障礙，出水水質優。

3.3.3 高級氧化法

高級氧化法可對色度物質起到去除效果，常見方法包括均相催化氧化法、多相濕式催化氧化法等等。某氣化廠在深度處理沉淀池出水時，選擇使用多相光催化氧化技術，COD的去除率明顯提升，最終出水無色無味，可直接排放或者回收再利用。高級氧化法多種多樣，在處理煤氣化廢水時，需要再進行深一步研究，提高方法可行性，使其消耗量與運行成本得到有效控制。

3.3.4 固定化微生物技術

固定化微生物技術能夠固定優勢菌種的應用，經過固定以后，細胞抗毒性能力明顯強化。固定化微生物技術能夠使得生物反應器類原類生物細胞純度得到有效提高，同時也能夠保證針對性菌種數量，減少污泥量，使得反應器工業分離效果得到保障，從而有效提高氨氮與難降解物質的去除率。好氧生物流化床法是固定化微生物技術的關鍵技術，通過對煤氣化廢水的處理，能夠有效提高污染物的去除率。但由于不同菌種的物質氧化分解效率存在一定差異，而且煤氣化廢水成分構成較為復雜，所以在處理廢水時，單一菌種無法保障最終的處理效果。因此在處理煤氣化廢水時，需要結合污染物復雜特點，篩選優質菌種，提高處理效率。

3.3.5 膜處理技術

許多煤化工企業都在尋求高效的廢水處理技術，雙膜技術是現在最為熱點技術之一，其中超濾技術能夠對廢水濁度與其中有機物起到有效的去除作用，使得反滲透膜的污染得到控制，膜的使用壽命得到延長。雙膜法的廢水處理法能夠保證水的品質，通過脫除COD、脫鹽、脫色等步驟，使得有機物得到有效去除，并將其作為生產用水，應用到常規生產流程中，實現零排放，但雙膜技術成本較高，膜材料的研發還需要進一步深入[6]。在處理過程中，也需要考慮生化處理環節先進技術的使用，使得污染物濃度得到控制，減輕處理壓力。

4 結束語

綜上所述，煤氣化廢水處理是當前的重點問題，廢水處理不僅要符合國家相關標準，也要控制廢水處理成本，通過對新工藝新設備的有效利用，充分發揮各項資源優勢，使得污染物處理得到有效提升，不斷提高綜合處理水平。因此，煤化工企業要積極積累污水處理經驗，貫徹落實國家環境保護政策，控制污染物排放。