煤化工废水处理技术探讨

张咸臣

（山东海岳环境科技股份有限公司，山东 烟台 264006）

1 煤化工概述

1.1 煤化工的概念

煤化工生产是指一种以煤作为产品的主要加工原材料，经过特殊化学技术加工处理，使煤直接转化为多种气体、液体原料、其他固体燃料混合物以及多种化学品的化工过程。煤化工生产主要经过三次物理化学加工过程，包括煤燃料的气化、液化、炼焦油的加工转化及煤电石乙炔化工分离等过程[1]。

1.2 煤化工的发展和应用

煤化工是利用天然气生产燃料的一种技术，其中利用气化炼焦法是工业生产最早出现的一类工艺，也是石油化学工业体系中的重要组成部分。煤中的气化工艺应用亦十分地重要，广泛应用于生产各种液化气体的气化燃烧中；煤经过低温高压或加氢工艺的自然液化，能够进一步产生大量人造石油气体以及一些化学用品。目前，石油仍然是比较短缺的能源之一，可以选择煤炭液化石油气产品等廉价天然优质石油燃料直接将其替代。

1.3 煤化工废水

煤气化是以煤焦为原料，在一定温度和压力下与氧气、水蒸气等气化剂反应，将煤焦转化为水煤气的过程。煤化工废水的二次污染废水的来源主要包括焦化废水、气化焦废水和焦化煤液化废水。焦化废水原料的主要成分来自于生产操作中大量使用的高温洗涤煤气水系统和锅炉冷却水，其主要大气污染物通常是苯酚、氨、氰氨、硫化氢废气和废油废水等[2]。

1.4 煤化工废水的特点

煤化工中排放出来的化学废水主要成分是超高浓度煤气的洗涤浓缩废水，其中可能含有较大量游离的萘酚、氰溶剂、油、氨类和含氮农药等一些有毒及有害物质。产生煤化工废水的煤化工产品根据生产和工艺特点不同，所产生污染物的废水类型也有所不同。煤化工废水的特点主要有：（1）成分比较复杂，污染物的浓度比较高。煤化工企业每天所产生的化工废水量大、水质比较复杂，其中含有大量细小的黄色固体或悬浮细颗粒杂质以及其他大量有害及难降解的化工污染物，如酚类和氰化物等。（2）化学综合物的危害相对较大。煤化工废水中含有高浓度的有毒物质，经过氧化或降解后处理的难度比较大，危害性也很大。

1.5 不同煤化工工艺废水的特征

1.5.1 煤焦化废水

煤焦化一般是指焦化工艺，是通过加热煤炭，将其与空气环境完全隔离，并反复加热多次，使其在煤焦中熔化和冷凝，形成分解物质。而升华为气态废煤气、焦油、粗苯燃料和其他废焦炭料等燃料的一种加工制造过程[3]。

1.5.2 煤气化废水

煤气化主要以煤气或煤炼焦产品为基本原料，在满足适宜温度范围和合适压力条件下，煤粉或者煤焦会迅速与氧气、水和氨水等其他化学剂互相反应后，转化成为水煤气。主要采用的工艺有碎煤气加压气化、煤气化和水煤浆等气化技术。不同技术工艺所产生的气化工艺废水、大气水质污染物和水量等存在很大的差异[4]。

1.5.3 煤液化废水

煤水再生液化技术工艺的原理是原煤废水产生的废水直接再液化，以及高效煤炭污水间接的再进行液化处理[5]。主要用于以进口优质航空煤油等为重要工业原材料，生产的新型高效环保煤炭工业废水的转化再生处理技术[6]。

1.6 处理煤化工废水的意义

煤化工企业中选用煤炼焦、煤气化等燃料副产品和各种煤化工精料产品，以及其他的化工产品原料，在加工精制处理与二次提炼等生产作业过程中，有时会直接在水中产生许多含有有毒硫化物成分的有机化工废水，此类工业废水污染物及所组成的化合物中含有的多种有机化学成分异常复杂，通常含有大量有害重金属杂质，如硫化合物和硫酚盐类等，还有一些是污染性质比较特殊的有害化合物[7]。

2 煤化工废水污染现状

煤化工原料生产企业主要以焦煤、焦炭作为基本原材料，需要以大量锅炉水作为保证煤炭生产运行的介质，直接产生了大量的污染废水。目前，煤化工企业生产环境中面临的突出问题主要是工业废水中污染物的处理。煤化工的生产用水日耗水量非常巨大，煤化工企业生产过程中用水的主要方式是煤原料液化、焦化处理和最终气化。直接产生的工业生产废水主要包括原煤液化、焦化处理和煤炭气化三类废水。从煤化工废水源污染问题现状看，主要原因是污水来源渠道比较分散、水量消耗大、污染物成分复杂、危害因子多且污染降解控制难等。因此，煤化工废水中相关物质的处理已成为未来煤化工行业亟待解决的问题。

3 煤化工废水处理技术

用于煤化工废水处理的新型化学生物水处理技术，简单按照生物化学原理方法分为生物法、化学法和水热物理法等，按照其所要求处理生物化学废水的工艺流程顺序主要分为化学常规水预处理、生化水前处理工艺和生物水深度化处理等工艺；按照其生物废水处理工艺流程的特点可分为多种工艺的关键技术步骤和多种生物处理工艺组合处理技术。

3.1 预处理技术

煤化工废水在预处理阶段主要以选择物理法和化学法处理为主，其中的物理法有隔层油法、气浮法、蒸汽法、过膜法、膜吸附分离、磁分离、萃取法吸附和物理吸附分离法等。化学法主要有微电解法、高级还原氧化反应法等。

预处理废水处理方法是去除预处理废水中的油污、酚类、氨类、悬浮颗粒物质等重金属以及各种水中潜在的有毒污染物残留等。工艺目的一般是要尽快将前处理废水污染物沉淀中可能残留的大量含油等杂质、多种潜在有毒污染物等进行初步去除，再利用预处理及后期浓缩工艺对预处理废水进行再次净化浓缩处理。

3.2 生化处理法

3.2.1 A/O工艺

A/O水处理工艺即为生物厌氧/好氧工艺，是采用一种普通的生物活性污泥工艺去处理有机工业废水，达到对生物脱氮素废水和生物有机脱碳元素废气的综合净化等目的。普通生物活性污泥的原理是由于污泥处理过程中会有一些微生物，并参与了硝化的还原氧化，以及反硝化的还原反应的生物氧化分解作用，使废水污泥中所含有的大量硫氧氮磷和二氧碳氢钾等大量酸性物质都被这些微生物分离出来，从而使废水分解。

3.2.2 A/A/O工艺

A/A/O处理工艺即为厌氧/缺氧/好氧工艺，在原A/O氧化工艺基础上再增加了厌氧化处理工艺阶段，通过对原废水难以生物降解的部分进行有机物的还原处理。A/A/O转化工艺的具体应用主要是通过加强水厌氧层的表面处理程度，使废水溶液中难以自然降解的可溶性有机物，逐步变成长链状结构的可溶性化学物，最终向可溶性有机化学物转化，实现直接降解污染废水中有机物的最终目的[8]。

3.2.3 SBR工艺

SBR工艺即是序批式降解活性污泥工艺，该技术基本上是对普通活性污泥废水的改良，重新降解废水中原有的活性有机物、氨氮离子等被污染的有机物成分。SBR工艺的具体应用对有机废水直接进行无害化处理，并以根据国标《合成氨工业水污染物排放的标准》为主要参考标准，通过生物活性污泥法对有机废水分别进行生物氧化还原和生化厌氧转化的分离反应，厌氧转化病原微生物可以用来完成自身有机代谢活动的生物功能，去除废水和污泥中有害污染物的成分。

3.2.4 CBR工艺

CBR工艺即以生物污水颗粒为载体并采用生物流化床的工艺，这种废水新工艺主要利用生物膜处理技术及生物活性污泥法，对废水生物填料进行生物化处理，将各种工业废水生物填料均匀地添加和混合后，进入各种生化处理废水设备反应器中进行生化处理。生物填料反应器的显著特点是设备投资低成本、作用空间足够大、占地面积比较小、脱碳与氧化作用能力比较强，因而生物材料抵抗恶劣环境的冲击能力和复合作用的能力比较大[9]。

3.2.5 UASB工艺

UASB工艺即为上流式厌氧污泥床生物处理工艺，主要特征为利用厌氧生物处理技术，直接对工业废水污泥床进行微生物处理。厌氧生物水处理工艺中的UASB工艺用于分离和转化废水中剩余的大部分有机物，使一些有害气体、液体颗粒废物和少量有毒固体废物可以得到有机分离处理。因此，积极大胆地探索、研究生产和工艺试验常用的高效生物膜反应器、等离子体表面处理、光催化还原和选择性电化学阳极氧化技术，并将所有这些新技术应用于废水污染处理，能够提升煤化工废水系统的表面处理工艺。

3.3 深度处理技术

利用深度循环技术处理有机废气中的各种废水方法还有很多，根据上述这些重要废水类型的物理化学特征，对于强区，可用有机煤作为工业废气的回收和净化，已经完全达到满足国家绿色污染物环保排放的各种相关标准。常用的空气净化处理化学方法较多，主要有氧化吸附法、膜分离氧化法、混凝沉淀法、高级吸附氧化法、还原法、固定吸附生物技术法、催化吸附氧化还原法和临界水吸附氧化吸附法等。在污泥深度分解净化后，在污水处理厂深度处理净化过程的设计中，主要强调的内容是利用催化剂对沉淀的剩余污泥中的生物活性及有机物，选择性地进行生物氧化及降解，从而降低沉淀污泥废水中游离物的COD值和剩余污泥所含的金属盐量浓度等。在废水生物处理工艺开发的过程中，采用的方式是一种物理技术、环境化学方法及环境生物法相互结合的新方式，是一种联合应用技术，这种技术明显的优势主要是工艺流程简单、成本低且运行效率高，因而有利于提高废水微生物的排放限值标准并进行安全高效地处理[10]。

3.4 膜技术

目前，国际生产商已经使用先进的油脱分离技术，实现了对含油污水的分离处理，彻底去掉油污水内剩余的乳化油和可溶解油，同时还达到了脱盐的双重目的。微滤工艺或膜超滤膜技术是处理含油废水的一种含油工艺，主要是不用任何处理药剂，属于纯物理分离的过滤方式，并保证不会再次产生大量污泥，对原水中各种油浓度的变化过程也有很强的适应性。该技术通过将污水系统进行循环再应用，实现对进水的净化处理，其主要的功能是可以进行消毒杀菌处理和清洗处理。

3.5 泡沫消除方法

由于煤化工废水中混有的大量水溶性有机脂肪烃酸和有机表面活性剂等酸性成分，使相关化工生产设备的正常运行会因不同粒度煤的作用而受到破坏，并产生大量的金属泡沫，而这些泡沫气体会对整个煤化工系统生产设备的正常运转产生一定程度的破坏。因此，要先用水彻底去除废水中生成的大量泡沫，然后再进入废水预处理工艺阶段，以降低废水中产生的泡沫给整个处理工艺流程造成的不良环境影响，从而可以显著改善最终预处理阶段的废水污染效果。相关工作人员在消除水中泡沫的废水预处理过程中，采用的是一种常规的水泡沫废水消除技术。在处理过程中，空气中的少量氧气会与废水中的其他有害物质发生一系列化学反应，导致废水色度值显著增加。废水中多元酚盐等一些物质，在其氧化水解过程中会逐渐形成苯醌类等毒害物质，而苯醌物质由于氧化难以自然降解，从而增加此类废水处理的人工处理操作方式难度。相关工作人员还结合煤化工废水自身的环境特点，不断对消除泡沫的处置方式进行技术升级和产品创新，通过使用惰性气体，将焦化废水污泥中存在的饱和脂肪烃衍生物和高分子表面活性剂类化学成分，进行全方位的分离降解，以最终达到完全去除煤化工废水淤泥中含有的挥发性油脂目的，避免化工废水淤泥在实际运行工作中发生二次氧化的问题，使泡沫再度产生的概率有所降低，从而达到彻底消除其泡沫污染的目的。

4 结语

综上所述，煤化工废水排放的总量达标排放，是我国煤化工企业追求的环保最终治理目标。针对当前煤化工废水处理新技术及存在的各种问题，要引起下游企业专家和产业研究者的高度关注。因此，要系统研究煤化工废水污泥的综合处理问题，从相关技术应用、经济理论和管理制度体系上逐步规范并引导其实施过程，从而有效实现煤化工企业生产中污水的高效处理，进一步促进化工行业的可持续发展。