煤化工废水处理技术与工艺应用改进

2020-01-15郑俊

化工设计通讯 2020年2期

郑俊

（中国核电工程有限公司，北京 100840）

通常煤化工行业生产的废水包含煤制油废水、煤气化废水、焦化废水等类型，不同废水在水质上存在显著差异，对废水处理技术也提出了一定要求。当前常用预处理+生物处理+深度处理工艺进行废水处理，但在实际应用上仍存在出水不达标、运行不稳定现象，对其进行技术改进与工艺升级提出了迫切要求。

1 煤化工废水处理技术分析

1.1 预处理工艺

1.1.1 回收酚氨

采用萃取法进行废水脱酚处理，选取甲基异丁基酮、二异丙基醚等作为萃取剂，将含酚废水冷却后送入萃取塔上部，利用循环油泵将萃取剂打入塔底，令废水与萃取剂在塔中逆流接触后，提取出废水中的酚并将其转移至溶剂油中，使溶剂油从塔顶进入到碱洗塔，经由化学反应后生成酚盐，脱酚后的溶剂油进入油槽中循环利用。利用萃取法进行废水处理可使脱酚率达到80%、脱氰率达到约50%，且能够有效回收酚盐，然而废水的碱度将一定程度上影响到脱酚率，且选用的萃取剂部分溶于水，仍需针对废水作进一步处理。采用蒸汽汽提法进行废水脱氨处理，可有效去除废水中的易挥发性物质，但其处理过程需在高温高压环境下进行，易引发设备严重腐蚀问题，造成较大能耗。

1.1.2 去除油类与悬浮物

当前常采用混凝沉淀法、气浮法、沉淀法等工艺处理废水中的油类物质与悬浮物。以气浮法为例，该方法具有便于排渣、除油效果好、预曝气等优势，但在处理过程中易产生释放器堵塞问题，且能耗较大[1]。在针对焦化废水进行预处理时，通常选取在气浮装置前部加装过滤器，用于提升废水处理效果、最大限度减少废水的含油量，为后续生化处理创设便捷条件。

1.1.3 难降解有机物处理

煤化工废水中多含有以含氮杂环化合物为代表的难降解有机物与以高浓度致癌性多环芳烃为代表的毒性物质，常选用超声波氧化、铁碳微电解等技术破坏这类有机物的分子结构，实现废水预处理，降低后续生化处理难度。

1.2 生物处理工艺

1.2.1 新型生物膜反应器

选取密度与水接近的生物填料用于在生化前端高负荷脱除COD，还可用于生化后端脱除氨氮。采用移动床生物膜反应器处理废水可使COD 去除率超过80%、酚去除率达到90%，且装置体积较小、具备良好的抗冲击负荷能力，搭配高效脱氮菌强化系统可使脱氮率接近100%，但该处理工艺对于载体流化性能、反应器设计提出了较高的要求。

1.2.2 生物强化技术

采用生物强化技术进行废水处理，选取经由基因技术培育的高效工程菌种添加到生化处理系统中，用于将废水中的酚类物质转化为可降解物质，能够有效提高COD、氨氮、TP去除率。部分工程在处理焦化废水时，选取微生物、酵母菌加入到流化床生物反应器内，然而却未能达到理想的氰化物去除效果，这与废水中有机物含量不足、氰化物降解速率较低、菌胶团沉降性能不佳存在密切关联。

1.3 深度处理工艺

在针对煤化工废水进行深度处理时，常用方法包含絮凝法、吸附法、电化学氧化法等。以絮凝法为例，絮凝剂大体包含金属盐类絮凝剂、高分子絮凝剂两种类型，其中高分子絮凝剂又分为有机高分子絮凝剂、微生物絮凝剂、无机高分子絮凝剂等，在最佳工艺条件下COD 去除率可达到27%～32%，其处理效果有限。采用掺硼金刚石膜电极BDD 处理焦化废水，其矿化率可接近100%，能够有效去除生化出水中的氨氮，但该工艺的运行成本较高，不易开展实际操作。

1.4 膜分离技术

在膜生物反应器处理技术的基础上，采用双膜技术进行废水处理，利用超滤膜过滤进水中的有机物、降低超滤进水的浊度、延长膜的寿命，运用反渗膜滤除进水的COD 与有机物，可同时起到降低COD 含量、脱色、脱盐作用，出水可直接作为生产循环用水回用。

2 煤化工废水处理工艺应用的具体改进策略

2.1 工程概况

以某煤制化肥项目为例，该项目以长焰煤作为主要原料、以BGL 碎煤加压气化技术作为主要生产工艺，可年产1 000kt合成氨、1 750kt 尿素。该项目在废水处理上建有三大水站，其中污水处理站基于EBA 工艺处理酚氨废水与生活废水，处理水量为330～370m3/h，致力于实现生化出水100%回用；回用水站用于处理循环水站与脱盐水站排水、污水站深度出水，处理水量可达700～800m3/h；浓盐水站用于处理回用水站的反渗透浓水，处理水量约为160m3/h，并将处理后的高浓盐水送入蒸发结晶器中。

2.2 出水COD高问题

通过收集该污水站在2016年7月至2018年4月的进出水COD 含量变化数据可以发现，在系统运行初期其出水浓度不超过50～80mg/L，2017年3月后出水COD 含量呈小幅上升趋势，2017年12月出水COD 含量超过100mg/L，待2018年4月出水COD 再次下降到80mg/L 以下。造成该现象的主要原因如下：其一是受酚类、氰化物等物质的冲击，影响到前端酚氨回收装置的运行稳定性，对BE 池、生化池内的生化生长产生抑制作用，导致COD 降解效率下降；其二是BE 池、高密度沉淀池斜管破裂问题，使BE 池内生物量下降、出水SS 进入臭氧高级氧化池中，削弱其对于COD 的氧化降解能力；其三是好氧段污泥浓度降至3 000～3 300mg/L 以下，增大处理负荷、产生较多泡沫；其四是BAF 曝气管发生局部堵塞问题，引发曝气不均现象，影响到生物处理效果[2]。

为改善出水COD 高问题，可首先从A/O 好氧段打入污泥，使污泥回流至BE 池，令BE 池内污泥浓度提高到5 000mg/L；其次采用共基质生物刺激方法，选取甲醇投入到A/O 池内，用于提升有机物的厌氧降解性能，起到消泡作用；再次增大事故池回流比，借此降低进水COD 浓度与处理负荷，并培养A/O 池优势菌种；最后需把握停车检修契机进行损坏设备的维修或更换，确保将出水COD 值控制在80mg/L 以内。

2.3 出水氨氮高问题

该污水处理站在2016 年7 月至2017 年11 月期间的出水氨氮始终不超过15mg/L，多数时间稳定低于1mg/L，然而在2017年11月、2018年2月出现过两次规模较大的氨氮冲击现象，导致其进水氨氮浓度为450～500mg/L。究其原因主要体现在以下三方面：其一是氨氮与有毒物质冲击，导致废水生物毒性增强，且影响到微生物的繁殖；其二是反硝化过程中碳氮比为（1.7～2.8）∶1，无法为反硝化反应提供适宜条件，导致出水氨氮浓度上升；其三是碳酸盐碱度较低。

为改善出水氨氮高问题，可首先加强对酚氨回收装置的排查工作，将进水氨氮浓度控制在350mg/L 以内；其二是选取甲醇溶液经由消泡管加入到A/O 池中，令碳氮比提高到4 ∶1以上；其三是选取Na2CO3加入到A/O 池中，提高水样中的碳酸根碱度，使出水氨氮值降至0.5～2mg/L 以下，保障生化处理系统恢复正常运行状态。

2.4 泡沫与臭气问题

当前生化处理系统中的泡沫问题较为严重，泡沫类型包含化学泡沫、生物泡沫两种，多由进水浓度过高、污泥浓度较低、曝气量过大等原因导致。同时，在废水蒸发、生物代谢、添加药剂等环节还会产生甲醇、臭氧类恶臭性气体与H2S 类有毒气体，造成空气污染。

针对生化池中的泡沫进行处理，可选取氮气气浮除油+EC 外循环厌氧高速回流+BE 生物增浓低溶解氧曝气组合工艺进行前处理，用于减少泡沫产生量；选用玻璃钢防护罩、消泡钢管安装在A/O 池与BE 生物增浓池上方，防止泡沫溢出，并通过喷洒甲醇溶液使泡沫快速溶解，起到消泡作用。同时，在罩顶采用负压抽吸法收集臭气，在处理间进行集中除臭。