煤化工行业废水处理技术应用分析

2021-01-07冯锦华

化工设计通讯 2021年8期

冯锦华

（潞安职业技术学院，山西长治 046204）

从总体效果来看，煤化工行业采用的废水处理系统是最好的物化技术，足以满足日常生活污水处理的需要。但是，从长远来看，煤化工行业的污水处理技术不仅要着眼于现状效果，而且要跟上时代的发展步伐，逐步实现技术创新，更有效地满足污水处理的需要，有必要有一个突出的理论层次。随着我国经济转型的不断深入，煤化工行业的发展与时俱进，煤化工行业的污水处理技术也需要更新，以解决我国的生态问题，需要提高技术成本，以获得更高的经济价值和能源资源。

1 煤化工发展趋势

传统的煤化工以低技术含量、低附加值产品为主，能耗高、排放高、污染大、效率低，即“三高一低”产业，这种过度消耗资源、严重污染环境、粗放式、不可持续的发展方式是不可持续的。清洁煤技术、先进的煤炭转化技术和节能降耗、减排、污染治理等新技术的综合应用是现代煤化工的核心。现代煤化工是以技术密集型和投资密集型工业为基础，大规模、现代化，形成循环经济园区，实行集约化管理。采取最有利于资源利用、减少污染、保护生态、提高环境质量、效益的建设和运营模式等措施，实现可持续发展。

2 煤化工废水来源及其特点

煤化工是以煤为原料，经过化学加工将煤转化为气体、液体、固体燃料和化学品，生产各种化工产品的工业。不同学者对煤化工废水的分类存在一定差异，但一般来说，现代煤化工企业的废水按含盐量可分为两大类：一类是有机废水，主要包括造气废水、化工厂废水、地面冲洗水、初期雨水和生活污水等，拥有属性含盐量低；二类是含盐量高的含盐废水，主要来自煤气洗涤废水、循环水系统排水、脱盐水系统排水、浓缩水回用系统等，有时还包括经过生化处理的拥有属性含盐量高的有机废水。

煤化工废水组成及其来源存在着很多特点，具体表现在以下三方面：

1）由于煤化工废水的生产过程比较复杂，煤化工生产的各个环节和过程都会有不同程度和不同种类的污染。所有这些污染物最终都会以废水的形式排放，使废水中的各种污染物更加复杂，从而使废水处理更加困难，对废水处理的技术要求也更高，带来了一些技术挑战。

2）煤化工废水是一种难降解的废水。主要原因是煤化工废水中含有大量的联苯、异喹啉等有机化合物，难以控制，造成废水处理难度大。

3）煤化工废水的色度和浊度较高。造成这一结果的原因是煤化工生产和运行过程中各个环节都会产生大量的污染物。这些污染物经过不同的操作步骤会产生一些化学反应，最终产生一些色度较大的物体，给污水处理带来很多麻烦。

3 煤化工废水处理的重要性

煤化工是指利用化学加工将煤转化为其他化工产品。由于煤化工的巨大需求和产量，煤化工已成为我国重要的工业体系之一，并已在我国实施多年。然而，在煤转化为其他形式的燃料的过程中，由于技术能力的限制，在生产过程中必然会产生大量的工业废水。煤化工废水主要有三种来源：氨蒸发废水、煤气冷却废水、油脂加工和苯精炼过程中的废水主要是氨蒸发过程中产生的残余水，剩余氨水是主要来源。煤化工废水中含有大量复杂的有毒化学物质。如苯酚、氨等毒性高、污染能力强的物质。如未经处理而排入大自然，将会对环境造成危害。

4 国内煤化工废水的处理现状存在的问题

1）由于各企业管理和运行的差异，污水水质不同，既有工艺的气水比和曝气时间不足，缺氧池停留时间不足，好氧池负荷过大，焦化废水中部分COD难以处理，现有系统不能处理这部分难降解苯组分，出水COD超标。

2）悬浮固体超标、工艺生化部分的污泥活性不佳、混凝沉淀池投药的混凝效果不佳，这些都是出水悬浮固体超标的主要原因。

3）厌氧条件下细菌释放磷，好氧条件下细菌吸水，一般认为好氧池太小，好氧池停留时间不够，微生物没有足够的时间吸收废水中的磷。

4）针对总氮问题，新国家标准增加了总氮指数的要求，但为了控制氨氮标准，A/O 工艺是可行的，但总氮不能得到保证。

5）由于污水处理设计和主体工程往往是不同的设计人员，投入运行后相容性较差，远远偏离设计标准。

5 煤化工废水处理技术应用分析

煤化工废水一般流程为：物化预处理→A/O 生化处理→深度处理（氧化处理）。

5.1 预处理技术

预处理工艺主要包括以下几个方面：

（1）苯酚回收：工业化生产，大部分采用溶剂提取分级处理。所用的萃取剂包括甲基异丁基酮等，这些萃取剂位于萃取塔内，上部分倒入含有苯酚的废水中。萃取剂溶剂油的工作原理是：循环泵打在萃取塔底部，两端逆流而上，将废水中的苯酚转移到溶剂油中。最后，溶剂油经苯酚与碱相互作用生成苯酚盐，然后进入中间油罐开始循环使用。

（2）悬浮物和油类物质的去除：污水预处理过程中，主要采用气浮、沉淀等方法去除污水中的悬浮物和油类物质，如果在气滤池中将其置于浮动装置前，则采用气浮法处理，处理效果较好。

（3）难降解有机物：在煤化工废水处理过程中，不仅含有难降解的有机物质，而且含有酚类等性质较强的有毒物质，需要科学废弃，采用超声波氧化等合理的水处理技术进行预处理，样品可以提前处理，为后续工作做好基础。

5.2 生化处理

生化处理是指新一代微生物对废水中酚类化合物的降解。该方法成本低，处理功能强，处理设备简单，适用范围广，非常适合于煤化工废水的处理。在正常条件下，生化处理主要包括以下三种常用方法。

5.2.1 对好氧生物法的改进

好氧活性污泥法工艺主要通过筛选、诱变和基因育种培养工程菌，对化工废水中的微生物进行分解和处理。在一定程度上，固定化细胞技术是化学和物理知识相结合的产物。它可以筛选和分离出适合于特定废水降解的高效菌株，或者固定化基因工程技术克隆的特定菌株，以保持其活性和重复利用，有相当大的经济和效率优势。

5.2.2 载体生物流化床法

这种方法也称为 CBRIT，是在充分利用特殊结构填料流化床技术的基础上发展起来的一种生物材料。将同一生物单元/ 膜过程所含的生物元素与活性污泥法有机地结合起来。悬浮载体的表面附着大量的微生物，从而形成一种细菌微生物膜。由于该方法所使用的填料在鼓风曝气扰动下具有特殊的结构，与填料接触后将继续与反应槽中的水流动，在扩散和吸附作用下，煤化工废水中的污染物将漂浮在地下，进入生物膜，然后被生物膜的微生物降解吸收。CBRIT法具有占地面积小、投资少、成本低、抗冲击能力和脱氮能力强等优点，去除氨氮效果也较好。但是，这种方法也有一些缺点，也就是说，由于填料的密度较低，很容易丢失，这就对运行管理和设计提出了更高的要求。

5.2.3 厌氧生物法

某些煤化工废水中含有喹啉、吡啶、联苯等难降解物质，对环境危害极大。利用厌氧微生物可以非常有效地降解有机物。在甲醇废水的研究中，采用两级外循环厌氧反应器处理甲醇废水，去除率分别为50% 和48%。目前，经过对出水系统的研究，已进入厌氧处理阶段，厌氧处理效果较好。

5.2.4 厌氧—好氧联合生物法

由于采用单一工艺，煤化工废水采用氧气或好氧工艺处理，最终出水达100%，处理效果不理想。废水经预处理后，采用厌氧—好氧与生物处理相结合，可有效降低废水中氨氮和COD的质量浓度，吡啶的去除率可达70%~100%，萘的去除率可达67%，喹啉的去除率可达55%~100%，这不能通过使用单一的厌氧或好氧技术来实现，因此，该方法也广泛应用于煤化工废水的处理。

5.3 深度处理

经生化部门处理后，煤化工废水中的污染物含量仍然偏高，未能达到回用或排放标准，有必要采用先进的处理技术，将其应用于物化部门和先进氧化工艺深度处理污泥。其中，物化处理方法主要包括常用的化学处理方法——吸附法、混凝沉淀法和膜分离法。根据相关文献的研究发现，通过膜过滤与活性的结合，炭吸附技术可以有效地降低煤气化过程中工业废水中污染物的含量，从而实现对污染物分离的控制，使污染物经过处理标准后得以排放。同时，为了避免污染环境，有必要加强废水中污染物的控制，有必要对废水进行降解和回收再利用，因此，将活性炭吸附处理后产生的废水纳入第一阶段处理，避免浓缩废水污染环境和破坏环境，以达到有效保护环境和提高环境保护质量的目的。

5.4 浓盐水处理技术

浓盐水废水处理物理技术包括膜浓缩技术和热蒸发技术。膜浓缩技术是利用有效成分和废水，不同的分子量导致定向分离，最终达到分离浓缩的目的。它可以提高废水中盐的质量、浓度。由于投资少，技术含量高，可操作性强，因此得到了广泛的应用。热蒸发技术是对含盐量在4% 以上的废水进行蒸发处理，以达到废水处理的目的。

6 目前用于煤化工废水处理的工艺

6.1 水解酸化系统

煤化工废水COD和 CR含量高，BOD5低于0.3，含有大量挥发酚、苯环等难降解物质。厌氧酸化工艺可用于难降解有机废水的水解酸化处理，利用水解酸化池中的水解酸化微生物，可分离废水中的固体和大分子酸，降解难降解的有机物（如苯环）为易复合降解的小分子有机物，提高 B/C比，使后续处理的污水中氧单元处理能耗低，停留时间短。

6.2 SBR 生物处理工艺

SBR是一种间歇进出水工艺，它将曝气池和沉淀池结合起来，间歇进水和间歇曝气由进水、曝气、沉淀和倒（同时排出）泥浆四个阶段组成一个循环。在反硝化过程中，只能使用进水段和曝气段，不能使用沉淀段和倒灌段进行硝化反硝化。目前国内对高氮废水的处理仍处于研究阶段，常用的是改良SBR工艺，即将进水时间和曝气时间分为两个阶段，形成多A/O串联工艺，并以氮为目的，通过多次硝化和脱氮来达到去除效果。