煤化工污水的处理技术研究探讨

张文兵

（中铁一院 轨道交通工程信息化国家重点实验室，陕西 西安 710043）

煤化工污水的处理技术研究探讨

张文兵

（中铁一院 轨道交通工程信息化国家重点实验室，陕西 西安 710043）

对煤化工废水的来源及特点分析后，通过对多种处理工艺进行充分比较和论证，以最大程度上的降低处理成本和保证系统稳定运行为原则，最终确定CASS工艺总体技术水平达到国内领先水平。

煤化工；污水；处理；技术

前言

我国属于多煤少油国家，在国民经济快速发展的背景下，各行业领域对于能源的需求量持续提升，煤化工行业的发展面临着非常可观的形势。但同时，煤化工行业还存在废水排放量大、耗水量大的缺点，对煤化工工艺中所产生污水进行高效、稳定的处理已成为煤化工企业实现节能降耗，可持续发展的重要路径之一。

1 煤化工污水的来源及特点

1.1 焦化污水

在高温状态下干馏炼焦煤，炼焦煤里面的水分与粗煤气混杂在一起，并形成成分复杂的剩余氨水冷凝液，譬如回收与精制车间的焦油渣、酸焦油，熄焦池的焦粉和生化脱酚工段的活性污泥等。另外在煤气净化的过程当中，以及在焦油加工、粗苯精制等过程中所产生的成分复杂的污水，都具有焦化污水的性质。

1.2 气化污水

炉中的煤燃料在高温下，以空气作为气化的介质，与煤燃料当中的可燃物质产生化学反应，然后转化成气体燃料，另外还产生煤气洗涤污水和冷凝水等气化污水，常见的有固定床的固态气化排渣、加压液态排渣，以及流化床气化排渣和气流床气化排渣等。

1.3 液压污水

这种污水既可以通过直接液化，也可以通过间接液化产生。直接液化是煤燃料在炉中高温和高压条件下，加入的氢气促使煤燃料中的有机高分子结构转化成为较低分子的液体燃料，虽然产生的污水量比较少，但污水当中所含有的硫化物和氨等浓度非常高。间接液化煤气气化之后产生合成气，与催化剂共同作用后产生燃料油，但在分离过程中会产生技术污染的污水[1，2]。

1.4 水质特点

煤化工污水的特点主要表现为：组分复杂，含大量固体悬浮颗粒、挥发酚、稠环芳烃、呋喃、咪唑、萘、含氮、氧、硫的杂环化合物、氰、油、氨氮及硫化物等有毒有害物质，COD值和色度都很高[2]。虽然因原煤组成和生产工艺条件的不同，污水中污染物含量和种类不尽相同，但总体来说，煤化工污水的COD值一般为2000～5000mg/L，pH值为7.0～10.0，氨氮为200～600mg/L，挥发酚为300～500mg/L，氰化物在10～30mg/L。由于该污水水质成分复杂，巨氨氮、挥发酚、氰化物等污染物浓度高，加之有咔哇、联苯等多种十分难降解的有机污染物存在，为达标处理带来了较大的困难。典型的煤化工气化污水的水质如表1所示[3～5]。

表1 典型气化污水的水质Table 1 Water quality of typical gasification sewage

2 设计原则

贯彻执行国家关于环境保护的政策，符合国家的有关法律、法规、规范及标准，结合煤化工厂的具体情况，采用先进、实用、成熟、可靠的处理工艺，满足水质、水量波动和可生化性较差的进水要求，最大程度上的降低处理成本和保证系统稳定运行，确保污水处理后达标排放。

妥善处理和处置污水处理过程中产生的栅渣、沉砂和污泥，避免造成二次污染。

为确保工程的可靠性及有效性，提高自动化水平，降低运行费用，减少日常维护检修工作量，改善工人操作条件。

平面布置力求在便于施工、便于安装和便于维修的前提下，使各处理构筑物尽量集中，节约用地，扩大绿化面积，并留有发展余地。

3 常用处理工艺比较与论证

煤化工污水处理工艺主要有二大类：一是物化法，一是生物法。物化是通过物理化学的方法去除污水中的有机物，主要有混凝沉淀法，湿式催化氧化法，臭氧氧化法等。生物法是通过微生物的活动降解有机污染物，使之成为二氧化碳、水等，主要有生物接触氧化法、活性污泥法、SBR法、氧化沟法、A/O法等。下面就挑选适合小型污水处理，具有一定代表性的物化处理法—混凝沉淀法及生物处理法—生物接触氧化法列表比较如下：

表2 物理处理法与生物处理法的比较Table 2 Comparison of physical and biological treatments

从表2比较中可以看出，生物处理法具有处理效果稳定，可稳定达到国家一级排放标准，劳动强度低，无污泥二次污染产生，能脱除氨氮的优点，虽然一次性投资较物化法高一些，但日常运行成本约为物化法的一半，每年可省运行成本5.5万RMB，且采用生物法处理煤化工污水符合国家污水处理技术政策。因此污水的有机物处理采用生物处理工艺。

3.1 处理工艺比选

目前污水的生物处理技术发展较快，类型较多，除广泛使用的传统活性污泥法外，近年来针对小型污水处理站国内外应用较多的有生物接触氧化法、A/O法、SBR法等。选择生物处理工艺应遵循如下原则：

①适用于小规模污水生化处理，处理效果稳定可靠；

②结构紧凑，占地面积最小；

③运行管理方便，运转方式灵活；

④煤化工污水的去除能力强。

为了选择最适合的处理工艺，对目前常用的适用于小规模污水生物处理工艺进行了分析比较和选择。

3.1.1 水解酸化处理工艺

水解（酸化）处理方法是一种介于好氧和厌氧处理法之间的方法，和其它工艺组合可以降低处理成本，提高处理效率。水解酸煤化工艺根据产甲烷菌与水解产酸菌生长速度不同，将厌氧处理控制在反应时间较短的厌氧处理第一和第二阶段，即在大量水解细菌、酸化菌作用下将不溶性有机物水解为溶解性有机物，将难生物降解的大分子物质转化为易生物降解的小分子物质的过程，从而改善污水的可生化性，为后续处理奠定良好基础。

水解是指有机物进入微生物细胞前在胞外进行的生物化学反应。微生物通过释放胞外自由酶或连接在细胞外壁上的固定酶来完成生物催化反应。酸化是一类典型的发酵过程，微生物的代谢产物主要是各种有机酸。

低浓度有机污水的厌氧处理在工艺上不同于高浓度有机污水，对此国内外都开展了大量的研究工作。由我国自行研究开发的水解酸化—好氧生物工艺处理低浓度污水，获得了国家专利，已经在全国各地，在包括煤化工污水等各行业的污水处理中得到较多应用，并取得了良好的处理效果。水解酸煤化工艺的广泛应用起源于城市污水的厌氧生物处理。20世纪80年代北京市环保研究所对水解酸煤化工艺处理污水的原理和效果作了较为系统的研究，进行了小试、中试和生产性试验，全国各地许多研究部门相继又进行了大量实验及工程实践，积累了较多的经验。水解酸化技术在我国生活污水、工业污水处理方面得到迅速推广应用，收到良好的效果。经水解酸化后，不但难降解有机物的可降解性能大大提高了，而且水解酸化处理单元的SS、CODCr、BOD5与初沉池相比，在水力停留时间相当的条件下，明显要高。

水解酸煤化工艺应用于包括煤化工污水在内的各种污水处理，具有成本低，效率高的优势，是一种日趋成熟的新型污水处理技术。在日益重视环境保护和提高经济效益的现代社会，其高效性和经济性使水解酸煤化工艺具有很大的发展潜力和广泛的市场前景。

3.1.2 氧化沟工艺

氧化沟是一种活性污泥法工艺，其曝气池呈封闭的沟渠形，污水和活性污泥混合液在其中循环流动，因此被称为“氧化沟”，又称为“循环曝气池”，“无终端的曝气系统”。氧化沟采用的水力停留时间长达10～40h，污泥龄一般大于10d，其有机负荷一般低于0.10kgBOD5/（kgMLSS·d），实质上属于延时曝气法。由于构造简单、管理方便、基建费用低、出水水质好等优点，逐渐被用于煤化工污水的二级处理。氧化沟自正式应用以来，以其显著的优越性能很快在世界各地推广。氧化沟污水处理厂不仅在数量上迅速增多，处理规模也迅速扩大，处理对象也从单一的生活污水拓宽到各种工业污水，这与氧化沟工艺研究中新沟型和高效充氧设备的研制开发是密切相关的。

我国目前已建成并投产的氧化沟污水处理厂约有数十座。据统计，我国城市目前每年排放城市污水的处理率为30%左右，二级处理达到15%，仍有大量污水未经处理直接排入水体。随着我国城市化进程的加快，中小城市的发展十分迅速。由于中小城市众多，且很多处于河流中上游，其水污染程度直接关系到下游广大区域的水环境。因此，尽快控制治理中小城市所带来的水污染是解决我国水污染问题的重要环节。

从国内外多年的发展趋势来看，污水处理技术向着简易、高效、经济的方向发展，氧化沟工艺具有流程简洁、管理方便、处理效果好的优点。作为具有竞争力的二级处理工艺，其前景十分广阔。但是，在煤化工污水应用方面，氧化沟还不太常用，主要原因是煤化工污水大多规模较小且含大量病原微生物。如何更好地将氧化沟应用于煤化工污水处理是一个值得深入研究的课题。

3.1.3 CASS工艺

CASS工艺是间歇式活性污泥法的一种变革，它保留了其他间歇式活性污泥法的优点，是近年来国际公认的处理生活污水及工业污水的先进工艺，是由SBR工艺在工程设计中发展而来的。CASS工艺的核心是CASS池，其基本结构是：在序批式活性污泥法（SBR）的基础上，反应池沿池方向设计分为前部生物选择区（也称预反应区）和后部的主反应区，其主反应区后部安装了可升降的自动撇水装置。整个工艺的曝气、沉淀、排水等过程在同一池子内周期循环运行，省去了常规活性污泥法的二沉池和污泥回流系统，不需要调节池；同时可连续进水，间断排水。

CASS工艺采用延时曝气，使污泥产率低、脱水性好；新型水下曝气设备和浮动式可自动升降专用滗水装置的应用使系统简便、灵活、出水稳定。CASS法采用厌氧兼氧结合生物处理为主，并配合一系列物理化学手段来沉淀分解杀灭污水中的有机物病菌病毒，同时具有良好的除氮除磷功能，使二级处理的投资可达三级处理出水水质效果。

其具体流程图如下：

图1 工艺流程图Fig．1 The process flow chart

CASS工艺最早在国外应用，目前该方法在生活污水和工业污水中已有数百个应用实例。我国20世纪90年代开始引进、消化，许多污水处理工作者做出了大量的研究和实践工作，开发出适合我国国情的新型污水处理新工艺，将研究成果成功地应用于处理生活污水及不同种工业污水的工程实践中，取得了良好的经济、社会和环境效益。

由于煤化工污水水量较小，可用地也较小，所以选用占地小、工艺流程简单CASS工艺。

4 结论

CASS工艺总体技术水平达到国内领先水平。

CASS工艺构筑物少，基建投资省，总投资低于一般的其他工艺；工艺流程简单，操作维护简单，需要的管理人员比较少。

CASS工艺采用水下曝气机代替传统鼓风曝气，消除了噪声污染，省去管路及阀门，安装、维修方便，使用灵活。

CASS工艺污水处理操作运行由控制室集中控制，设备选型上充分考虑了减少工作人员的劳动强度。

［1］ 陈志莉，张统,等．煤化工污水处理技术及工程实例［M］．北京：化学工业出版社,2003．

［2］ 崔玉川．城市污水厂处理设施设计计算［M］．第二版．北京：化学工业出版社,2011．

［3］ 北京市市政工程设计研究总院．给排水设计手册（第5册）城镇排水［M］．北京：中国建筑工业出版社,2002:291～292．

［4］ 北京市市政工程设计研究总院．给排水设计手册（第6册）工业排水［M］．北京：中国建筑工业出版社,2002:311～314．

［5］ 中国市政工程西北设计研究院．给排水设计手册（第11册）常用设备［M］．北京：中国建筑工业出版社,2002:297～298．

A Study on Treatment Technology of Sewage in Coal-chemical Industry

ZHANG Wen-bing
(FSDI,State Key Laboratory of Rail Transit Engineering Informationization,Xi’an 710043,China)

After analyzing the source and characteristics of coal chemical industry waste-water,many kinds of treatment processes were compared and validated.With reducing the treatment costs and supporting the stable operation of the system，finally,CASS overall technology has reached the leading level in domestic.

Coal chemical industry；sewage；treatment；technology

TQ536.9;X703

B

1001-0017（2017）02-0147-04

2016-11-28

张文兵（1971-），男,甘肃兰州人，高级工程师，主要从事环境工程方向的研究设计。