煤化工廢水零排放技術(shù)的現(xiàn)狀與優(yōu)化措施

田雨辰(華陸工程科技有限責任公司，陜西 西安 710065)

0 引言

對煤化工廢水進行零排放處理，不僅符合國家綠色環(huán)保的要求，也符合企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的要求。因此，煤化工企業(yè)需要加大對零排放技術(shù)的研究力度，根據(jù)實際情況優(yōu)化零排放技術(shù)，從而改善技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀、提高技術(shù)應(yīng)用效果。

1 煤化工廢水概述

煤化工是指以煤為原料，經(jīng)化學(xué)加工使煤轉(zhuǎn)化為氣體、液體和固體燃料以及化學(xué)品的過程。煤化工主要包括傳統(tǒng)型與現(xiàn)代型這兩種類型：傳統(tǒng)煤化工涉及到了煤焦化、煤電石等領(lǐng)域；現(xiàn)代煤化工主要是通過氣化、液化等方式將煤炭轉(zhuǎn)變?yōu)榛ぎa(chǎn)品[1]。煤化工生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的廢水，例如：煤液化廢水、煤氣化廢水等，只有做好廢水處理工作，才能減少對生態(tài)環(huán)境的破壞并實現(xiàn)水資源的重復(fù)利用。

2 煤化工廢水的產(chǎn)生與特點

煤化工生產(chǎn)包括諸多環(huán)節(jié)，例如：液化、氣化、洗滌、冷凝以及分餾等，這些環(huán)節(jié)中會產(chǎn)生一些廢水。煤化工廢水主要包括含鹽廢水與有機廢水這兩種類型：含鹽廢水包括脫鹽水系統(tǒng)排放的污水、循環(huán)水系統(tǒng)排放的污水等；有機廢水包括煤氣化產(chǎn)生的廢水、生活污水、化工綜合廢水等。含鹽廢水的特點：含鹽廢水的含鹽量相對較高，硬度也比較大，例如脫鹽水系統(tǒng)排放的污水TDS濃度達到了2 500～3 500 mg/L、含鹽量達到了300～15 000 mg/L，且其中含有大量的鈉離子、氯離子等無機離子[2]。其中高鹽廢水的含鹽量、堿度以及硬度都比較高，有機物的濃度相對較低，但是有機物的可生化性相對較差，需要單獨對其進行回收處理。有機廢水的特點：有機廢水在煤化工廢水中所占的比例比較大，且有機廢水當中含有大量的有機物、無機鹽、氨氮，降解難度非常大。同時，不同的氣化工藝所產(chǎn)生的廢水在水質(zhì)方面有較大的差異。

3 煤化工廢水零排放技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

廢水零排放技術(shù)指的是通過減少能源排放與污染物排放等手段，將廢水排放量控制為零。廢水零排放技術(shù)包括諸多技術(shù)手段，例如生產(chǎn)過程中的能源消耗控制技術(shù)、能源利用率提升技術(shù)、利用可再生資源替代不可再生資源技術(shù)等。為實現(xiàn)廢水零排放，煤化工企業(yè)可以采用資源回收利用、廢物分離提純、廢物轉(zhuǎn)移等手段提高水資源的利用率[3]。但是，廢水零排放技術(shù)的應(yīng)用難度相對較大，往往無法達到預(yù)期效果。

3.1 煤化工企業(yè)用水需求量較大

從實際情況來看，生產(chǎn)一噸煤化工產(chǎn)品就需要消耗8～12 t水資源，同時大多數(shù)煤化工企業(yè)都處于偏遠地區(qū)，水資源較為匱乏。即使對廢水進行處理，也無法滿足企業(yè)的用水需求，因此需要開發(fā)第二水源。

3.2 未明確有機廢水與含鹽廢水的特點

在應(yīng)用廢水零排放技術(shù)時，煤化工企業(yè)需要綜合分析有機廢水與含鹽廢水的水質(zhì)特點，根據(jù)實際情況對廢水進行分類處理。但大多數(shù)煤化工企業(yè)都沒有精準區(qū)分有機廢水與含鹽廢水的水質(zhì)特點，沒有制定完善的處理評價指標體系。例如，大多數(shù)煤化工企業(yè)都會利用COD、苯酚等指標評價有機廢水的處理質(zhì)量，但是并沒有評估有機廢水當中的有色金屬、有毒物質(zhì)的處理質(zhì)量。同時，大多數(shù)煤化工企業(yè)都會利用COD、TDS等指標評估含鹽廢水的處理質(zhì)量，但是沒有對含鹽廢水中的TDS離子成分、堵塞成分進行綜合分析與評估。在這種情況下，無法準確評估廢水處理質(zhì)量，也無法真正實現(xiàn)零排放。

3.3 廢水零排放工藝實施過程中存在問題

在實施廢水零排放工藝時也存在諸多問題：第一，在利用物化+生化+BAF工藝對有機廢水進行處理后，雙膜回用系統(tǒng)會自動整合出水與含鹽廢水。如果在回用系統(tǒng)當中應(yīng)用一級反滲透就會產(chǎn)生大量的濃水，且很難利用反滲透的濃縮倍數(shù)計算出水的水質(zhì)特征[4]。第二，如果在系統(tǒng)中，利用二級反滲透控制濃水的產(chǎn)生量就會對反滲透膜造成污染。第三，對濃鹽水進行二次回收利用可有效降低濃鹽水的質(zhì)量濃度，所以很多煤化工企業(yè)都在研究蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)。但當前常用的多效型蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)對能源的需求量較大，例如固態(tài)蒸發(fā)結(jié)晶的能耗已經(jīng)超出了企業(yè)的可承受范圍。因此，很多企業(yè)開始利用蒸發(fā)塘這種技術(shù)進行濃鹽水的處理，但是這種技術(shù)也存在有機物滲漏等問題，無法真正實現(xiàn)零排放。

3.4 成本較高

從經(jīng)濟角度來看，煤化工企業(yè)的廢水零排放技術(shù)應(yīng)用也存在諸多問題，例如成本高、運行能耗高等。首先，廢水零排放的初期投資較大，導(dǎo)致部分企業(yè)不堪重負。部分企業(yè)表示零排放系統(tǒng)運行一天的成本就高達幾萬元，且完成廢水零排放處理項目需要很長的時間，這就需要大量的投資。其次，廢水零排放的運行成本較高。從相關(guān)統(tǒng)計結(jié)果來看，廢水零排放的直接成本達到了11元/t，總體成本達到了34元/t。同時，廢水零排放的運行能耗比較高，會消耗大量的能源。

4 煤化工廢水零排放技術(shù)工藝

4.1 有機廢水處理工藝

現(xiàn)代煤化工所產(chǎn)生的有機廢水具有成分復(fù)雜等特點，所以零排放處理工藝較為復(fù)雜。從廢水處理流程來看，有機廢水處理工藝主要包括物化、生化以及深度處理這三個環(huán)節(jié)：第一，物化。在對有機廢水進行物化處理時，利用隔油池篩除有機廢水當中的油脂類物質(zhì)，并利用中間間斷排放工藝去除有機廢水當中的造化物與乳化物[5]。同時，利用氣浮池篩除有機廢水中的懸浮物與密度較輕的油類物質(zhì)。此外，如果有機廢水當中含有大量的膠體以及懸浮物，就需要利用混凝沉淀池進行處理。第二，生化。煤化工企業(yè)可以利用厭氧-缺氧-好氧工藝、缺氧-好氧脫氮工藝、生物移動床反應(yīng)器等工藝對有機廢水進行生化處理。在應(yīng)用前兩種處理工藝時，需要完善缺氧條件與好氧條件，

從而去除有機廢水中的有機物以及氮類化合物。在應(yīng)用生物移動床反應(yīng)器時，不需要對生物濾池進行逆沖洗，且可以提升脫氮效果。第三，深度處理。經(jīng)過生化處理之后，有機廢水會出現(xiàn)可生化性問題，可利用化學(xué)氧化技術(shù)、臭氧氧化技術(shù)等技術(shù)手段對有機廢水進行深化處理。同時，也可以利用生物濾池去除有機廢水中的COD以及氨氮，增強出水的穩(wěn)定性。

4.2 含鹽廢水處理工藝

煤化工產(chǎn)生的含鹽廢水包括諸多類型，例如：低鹽廢水、濃鹽水、高濃鹽水等，不同類型的處理工藝不同。第一，低鹽廢水處理工藝。煤化工企業(yè)可以利用混凝沉淀、過濾、超濾以及反滲透工藝對低鹽廢水進行處理。在處理過程中，對低鹽廢水進行混凝沉淀處理可以去除廢水當中的膠體以及SS等污染物；對低鹽廢水進行過濾、截留以及吸附可以去除廢水中的膠體與SS等污染物；對低鹽廢水進行超濾可以進一步去除廢水中的SS、COD以及膠體等污染物，且可以增強反滲透進水的穩(wěn)定性；對低鹽廢水進行一級反滲透處理可以去除廢水當中的鹽，從而提高廢水的利用率[6]。第二，濃鹽水處理工藝。在處理濃鹽水時，煤化工企業(yè)可以利用鎂技術(shù)與膜濃縮、機械過濾與脫鈣等工藝。對濃鹽水進行鎂技術(shù)處理，可以去除廢水中的鈣離子與鎂離子，降低廢水出現(xiàn)結(jié)垢等問題的幾率，對濃鹽水進行膜濃縮處理，可以提高廢水的回收利用率。對濃鹽水進行機械過濾可以去除廢水當中的膠體與SS，對濃鹽水進行脫鈣處理，可以去除廢水中的鈣離子與鎂離子。第三，高濃鹽水固化處理工藝。煤化工企業(yè)可以利用蒸發(fā)塘或機械蒸發(fā)等工藝對高濃鹽水進行固化處理。(1)蒸發(fā)塘技術(shù)，主要是利用太陽能促進鹽水的蒸發(fā)與結(jié)晶。(2)機械蒸發(fā)技術(shù)，主要是利用蒸汽促進鹽水的蒸發(fā)與結(jié)晶。在應(yīng)用機械蒸發(fā)技術(shù)時，需要利用蒸汽壓縮機對蒸汽進行壓縮，再促進鹽水的蒸發(fā)。(3)多級閃蒸技術(shù)。在應(yīng)用該技術(shù)時，煤化工企業(yè)需要對高鹽廢水進行加熱處理，當廢水的溫度達到標準之后，需要利用相應(yīng)容器對廢水進行閃蒸氣化處理，從而將高鹽廢水轉(zhuǎn)變?yōu)榈?4)多效蒸發(fā)技術(shù)。在應(yīng)用該技術(shù)時，煤化工企業(yè)需要為后效單元提供一定的加熱蒸汽，從而形成蒸汽利用體系，使多個蒸發(fā)器會共同運行，從而提高熱能與水資源的循環(huán)利用。

5 煤化工廢水零排放技術(shù)的優(yōu)化

5.1 設(shè)置第二水源

煤化工企業(yè)的用水量較大，所以企業(yè)不僅需要應(yīng)用自來水，也需要靈活應(yīng)用礦井水、地下水以及廢水等水資源，實現(xiàn)水資源的循環(huán)利用。例如，煤化工企業(yè)可以對廠址附近的礦井水資源開發(fā)技術(shù)進行深入研究。礦井水資源的體量較大，且水資源的清潔度比較高，所以煤化工企業(yè)可以嘗試開發(fā)高礦化度礦井水、高鐵錳礦井水與高濁度礦井水，并將不同的礦井水整合在一起，為煤化工生產(chǎn)提供更多的水資源。同時，煤礦企業(yè)應(yīng)利用先進的技術(shù)手段將礦井水轉(zhuǎn)變?yōu)榉弦蟮拿夯び盟鰪姷诙垂┙o的穩(wěn)定性，例如：超磁分離技術(shù)、重介速沉技術(shù)以及常規(guī)處理技術(shù)可以對礦井水進行全面的凈化處理。此外，也可以利用預(yù)處理、脫鹽濃縮和蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)對高礦化度礦井水進行處理。在預(yù)處理過程中，應(yīng)利用混凝沉淀與軟化工藝對礦井水進行處理；在脫鹽濃縮過程中，需要利用膜過濾以及加熱蒸發(fā)濃縮技術(shù)對礦井水進行處理；在蒸發(fā)結(jié)晶過程中，應(yīng)利用機械蒸汽壓縮技術(shù)對礦井水進行處理[7]。此外，煤化工企業(yè)應(yīng)加大對先進技術(shù)的研究力度，提高處理礦井水中的鐵、錳等元素的能力。

5.2 進一步分析有機廢水與含鹽廢水的特點

為了增強出水水質(zhì)的穩(wěn)定性、提升廢水處理質(zhì)量，煤化工企業(yè)應(yīng)進一步分析有機廢水與含鹽廢水的水質(zhì)特點。通過定性分析法與定量分析法，分析有機廢水中的有毒物質(zhì)處理質(zhì)量、有色金屬處理質(zhì)量、不易降解物質(zhì)處理質(zhì)量。另外，煤化工企業(yè)需要綜合分析含鹽廢水當中的TDS離子成分、過濾膜污染成分以及過濾膜堵塞成分。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)實際情況優(yōu)化廢水零排放處理工藝。

5.3 貫徹落實零排放處理理念

在對二級反滲透處理時，很容易產(chǎn)生鈣離子、鎂離子以及硅離子，這不僅會污染反滲透膜，也會加大去硅難度。因此，煤化工企業(yè)需要深入研究一級反滲透濃鹽水當中的硅離子，綜合分析其化學(xué)機理，將脫鈣技術(shù)、脫鎂技術(shù)以及脫硅技術(shù)結(jié)合起來，從而優(yōu)化二級反滲透工藝，降低二級反滲透的成本、增強二級反滲透的穩(wěn)定性，提高含鹽廢水的處理質(zhì)量。其次，煤化工企業(yè)應(yīng)加大對高濃鹽水處理技術(shù)的研究力度。例如高級氧化技術(shù)，可以有效去除含鹽廢水當中的難降解物質(zhì)，加大對反滲透濃水蒸發(fā)的控制力度，從而減少對生態(tài)環(huán)境的污染。此外，加大對濃鹽水機械蒸發(fā)裝置的研究力度，將這一裝置與蒸發(fā)塘技術(shù)結(jié)合起來，提升高濃鹽水的處理質(zhì)量，解決多效蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)成本高、效果差等問題。

5.4 增強廢水處理系統(tǒng)的穩(wěn)定性

從實際情況來看，煤化工廢水處理系統(tǒng)不夠穩(wěn)定，降低了出水水質(zhì)，所以應(yīng)通過有效手段增強廢水處理系統(tǒng)的穩(wěn)定性。第一，當前很多煤化工企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的運行負荷都處于飽和狀態(tài)中，甚至有很多生產(chǎn)設(shè)備處于超負荷運行狀態(tài)中，這不僅增加了系統(tǒng)運行的安全隱患，也加大了廢水排放量。同時，煤化工廢水處理會受到進水水質(zhì)、池容以及曝氣時間等因素的影響，如果實際水量負荷一直大于設(shè)計水量負荷，將會降低生化處理系統(tǒng)的處理能力，導(dǎo)致出水水質(zhì)不符合要求，甚至?xí)?dǎo)致污泥膨脹。因此，煤化工企業(yè)需要做好生產(chǎn)設(shè)備的運行負荷控制工作，并將循環(huán)冷卻水排污以及蒸汽冷凝液排污與清凈下水系統(tǒng)結(jié)合起來，控制末端系統(tǒng)的水量[8]。第二，煤化工廢水處理系統(tǒng)會受到進水水質(zhì)的影響，而進水當中的COD等污染物的濃度比設(shè)計濃度要高，且生化系統(tǒng)當中的碳氮磷存在比例失衡等問題，所以出水水質(zhì)不符合要求。因此，煤化工企業(yè)需要在廢水處理系統(tǒng)當中設(shè)置預(yù)處理裝置，從而控制進水的氨氮總量，并對進水進行全面檢測。如果進水當中的營養(yǎng)物質(zhì)比例不協(xié)調(diào)，就需要人為施加一些碳源，增強比例的平衡性。其次，在廢水處理系統(tǒng)中增設(shè)前端調(diào)節(jié)池，使廢水先在調(diào)節(jié)池當中停留48 h以上，從而增強廢水的穩(wěn)定性。第三，生化系統(tǒng)是廢水處理系統(tǒng)的核心，該系統(tǒng)可以利用微生物去除廢水當中的COD。在這一過程中，煤化工企業(yè)需要將系統(tǒng)進水溫度控制在10～40 ℃之間，溫度過低或過高都會降低微生物的活性。但很多煤化工廢水的溫度都比較高，所以生化系統(tǒng)的進水溫度會在45 ℃以上，導(dǎo)致微生物缺乏活性。為了解決這一問題，應(yīng)在廢水處理系統(tǒng)中設(shè)置換熱器，從而降低進水溫度，將進水溫度控制在30 ℃以內(nèi)，增強微生物的活性，提高生化處理質(zhì)量。

5.5 完善預(yù)處理系統(tǒng)

近年來，煤化工企業(yè)不斷完善雙膜系統(tǒng)以及蒸發(fā)系統(tǒng)，但忽視了預(yù)處理系統(tǒng)的完善，降低了廢水處理質(zhì)量。預(yù)處理系統(tǒng)在廢水處理中占據(jù)著重要地位，可有效去除廢水中的污染物，降低廢水的硬度、濁度以及堿度，從而減小廢水對雙膜系統(tǒng)的影響，降低雙膜系統(tǒng)出現(xiàn)結(jié)垢等問題的幾率。因此，煤化工企業(yè)需要科學(xué)優(yōu)化預(yù)處理系統(tǒng)，完善預(yù)處理系統(tǒng)中的消泡劑投加設(shè)施與阻垢劑投加設(shè)施，提升預(yù)處理系統(tǒng)的處理能力。例如，企業(yè)可以在預(yù)處理系統(tǒng)中增設(shè)消泡劑與阻垢劑投加量控制系統(tǒng)，使控制系統(tǒng)通過滴加法、噴射法、流加法等方法控制消泡劑與阻垢劑的投加量，避免出現(xiàn)投加量過多等問題。其次，煤化工企業(yè)雖然完善了蒸發(fā)系統(tǒng)，但是大量的鹽結(jié)晶后會附著在換熱器的表面，導(dǎo)致?lián)Q熱器無法正常工作。所以需要優(yōu)化蒸發(fā)系統(tǒng)當中的管線過濾器，確保管線過濾器的結(jié)構(gòu)符合要求，并及時處理管線過濾器當中的截留雜質(zhì)，減小其對換熱器的影響[9]。

5.6 科學(xué)設(shè)置旁路

煤化工廢水處理系統(tǒng)具有較長的工藝路線，如果其中某一部分出現(xiàn)問題，系統(tǒng)就無法運行。且煤化工廢水處理系統(tǒng)屬于末端系統(tǒng)，所以檢修與維護機會相對較少。因此，需要在廢水處理系統(tǒng)中設(shè)置一些旁路與跨線，從而降低檢修難度。例如，可以在沉淀池等設(shè)施旁設(shè)置旁路與跨線，通過這些旁路與跨線解決堵塞等問題，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

5.7 降低處理成本

為了降低處理成本，減輕煤化工企業(yè)的經(jīng)濟負擔，應(yīng)不斷優(yōu)化處理工藝、降低處理系統(tǒng)的能耗，增強廢水零排放處理的可行性。首先，應(yīng)加大人才培養(yǎng)力度與技術(shù)研究力度。廢水零排放需要專業(yè)人員的支持，因此相關(guān)部門需要引導(dǎo)高校重點培養(yǎng)零排放專業(yè)人才，為煤化工廢水零排放提供人才支持。此外，煤化工企業(yè)也應(yīng)積極引進專業(yè)的技術(shù)人才，并做好人員培訓(xùn)工作，為技術(shù)研發(fā)與創(chuàng)新奠定基礎(chǔ)。同時，煤化工企業(yè)應(yīng)加大技術(shù)研究力度，組織技術(shù)人員研究高效膜分離技術(shù)等先進的技術(shù)手段。其次，應(yīng)完善排放設(shè)施。煤化工企業(yè)應(yīng)增強自身的廢水零排放意識，提高對廢水零排放的重視程度，不斷完善相關(guān)設(shè)施，例如煤化工企業(yè)應(yīng)淘汰老化設(shè)施，做好設(shè)備更新工作。煤化工企業(yè)也需要做好設(shè)備檢修與維護工作，增強設(shè)備運行的穩(wěn)定性與安全性。此外，煤化工企業(yè)應(yīng)健全廢水零排放處理制度。健全的制度可以為廢水處理工作提供指導(dǎo)，增強處理工作的科學(xué)性，繼而降低處理成本。因此煤化工企業(yè)需要完善處理制度，例如零排放處理系統(tǒng)操作制度、廢水處理監(jiān)督制度等。

6 結(jié)語

我國在“十四五”發(fā)展規(guī)劃當中，提出要將工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色低碳模式，從而提高能源利用效率。但大多數(shù)煤化工企業(yè)都存在能耗高、水資源需求量大等問題，因此煤化工企業(yè)應(yīng)轉(zhuǎn)變發(fā)展方式，充分發(fā)揮零排放技術(shù)在廢水處理中的作用，通過高效膜分離技術(shù)等先進的技術(shù)手段優(yōu)化廢水處理，提高廢水處理質(zhì)量。