煤化工废水处理研究进展

张伟伟

(山西潞安煤基合成油有限公司，山西 长治 046000)

引 言

煤化工作为我国化工行业的重要组成部分，是通过对原料煤进行加工生产化工能源产品的工业工程。煤化工产业为我国现代化建设和经济发展做出贡献的同时，伴随着废气、废水和固废污染源的排放。煤化工废水是其中一个主要的排放源，呈现出排放量大和污染强度高的特点。目前，煤化工企业针对废水治理投入较大的精力与财力，并采用多种技术手段进行治理，但仍存在诸多问题，这为煤化工的科学可持续发展带来了挑战。本文通过对煤化工废水治理手段和存在的问题进行分析探讨，以期对煤化工废水治理提供新的思路，为实现煤化工可持续发展提供有力支持。

1 煤化工废水来源、特征与危害

煤化工废水可分为焦化废水、液化废水和气化废水。焦化废水是指煤在隔绝空气加热、产生煤制品过程中产生的成分复杂的污水。该来源废水中含有多种有害、难降解的有机物，成为煤化工废水治理的重点和难点。液化废水是指煤直接液化产生煤油、柴油和汽油等产品或者间接液化和水蒸气氧气产生合体燃料过程中产生的废水。该来源废水表现出酚类物质浓度高、盐有成分低的特点，相对难治理。气化废水是指制备煤气时蒸馏、冷却和洗涤产生的废水，该来源的废水中污染物种类多、浓度高、毒性大，治理上同样存在较大的困难。

从上述来源中可以看出煤化工废水存在以下特点：成分复杂、污染物浓度高、排放量大、毒性大。在煤化工废水中氨、氮、硫等各项难降解的有机物高达300余种[1]，并且含有大量固体悬浮颗粒、铁和锰等金属离子，同时煤气洗涤等过程中伴有含多种无机盐废水的产生，这些污染物聚集在一起容易产生化学反应从而增加了废水成分的复杂程度；一般情况下，煤化工废水化学需氧量(Chemical Oxygen Demand,COD)在5 000 mg/L左右，氨氮的含量(质量浓度)约为200 mg/L～500 mg/L，含盐废水则含有高浓度的无机盐[2]；煤化工生产工艺过程复杂，几乎每个过程均有废水的产生，出水量较大；含有高浓度污染物的废水对水生物、植被和人类均有较大的毒性。

若煤化工生产中产生的废水不经过有效治理，直接排放，将严重污染大气、土壤和河流。废水中含有较高浓度的氨氮，可引起水体的富营养化，破坏水生生物的生长；含有大量毒性的有机物在鱼类等水生生物中积累，饮食后进入人类和动物体内，将破坏整个生态平衡，并且这类废水直接流入周围土壤，将给地上植被带来同样的破坏；废水中含有较多会挥发性有机物，这些物质不经过治理后将引起大气污染。此外，我国水资源和煤炭资源呈逆向分布，即大多数大型煤化工企业所在地区水资源匮乏，用水困难，因此，加强煤化工废水的处理，除减少环境污染外，还可提高煤化工用水的利用率，实现废水回用，有效节约水资源，提升企业经济效益。

2 治理方法

目前煤化工企业使用的废水治理方法按工艺原理分包括物理法(隔油、气浮、吸附、膜分离)、化学法(絮凝法、高级氧化技术)和生物法(厌氧法、好氧法)，按治理流程分则主要包括一级处理(预处理)、二级处理(生化处理)和深度处理。

2.1 预处理

预处理是废水治理前对水中石油、酚、氨、有毒有机物和悬浮物进行处理，从而减小废水的生物毒性，使后续治理顺利开展，具有必要性。该处理主要包括除油预处理、脱氨预处理和脱酚预处理。隔油法和气浮法是废水除油常用的措施；使用蒸气法进行脱氨，可实现氨氮化合物蒸馏与再利用，降低废水中氨氮含量；废水脱酚处理主要使用容积萃取法和吸附材料进行吸酚。目前，我国在废水预处理阶段具有丰富的经验，取得了较好的成果，为了进一步高效率地实现煤化工废水预处理效果可在实践中引入油、酚、氮回收联合工艺，设置好相关的处理流程和回收装置，科学并针对性地治理和回收煤化工中高浓度的含油、酚、氨废水。

2.2 生化处理

经过预处理的废水，接着进行生化处理。该过程是废水治理的核心部分，通过向污泥中接入微生物，利用微生物的新陈代谢将废水中的污染物进行分解代谢，是煤化工废水治理中具有高环保型的处理方式。生化处理主要包括好氧生物处理、厌氧生物处理和厌氧/好氧生物联合(Anoxic/oxic,A/O)处理。

好氧生物处理主要包括流动床生物膜(Moving Bed biofilm Reactor,MBBR)技术、生物活性炭法(Powdered Activated Carbon Treatment,PACT)技术和生物粉末碳循环(Carbon Bio Recirculation,CBR)技术。其中，MBBR法是将含有好氧微生物的活性污泥和生物膜联用，并引入流态化技术，结合了活性污泥和固定式生物膜的优点，提高污染物处理效率；PACT法是指在含有好氧微生物的活性污泥中加入活性炭粉末，从而增加污染物的吸附和氧含量，提高微生物对吸附的污染物的氧化分解效率，具有物理吸附和生物降解同步协同作用的特性；CBR法是一种对PACT法优化的新型废水处理方法，该方法除具有PACT法污水生化处理效果外，还可降解剩余活性污泥和回收活性炭，具有可控的出水指标、水处理流程缩短、操作运行简单、不产生生化污泥和臭气，成本低等较多优势，已在众多企业废水处理中得到应用。

厌氧生物处理是利用含有厌氧微生物的活性污泥层安装于反应装置底部，使排除的废水流经生化污泥层，从而对污染物进行分解代谢。厌氧生化法对于处理好氧条件下难降解的喹啉和吡啶等有机物具有较好的效果。

A/O处理是在常规的含有好氧微生物的活性污泥处理工艺流程中，增加厌恶生物处理过程，实现厌氧微生物和好氧微生物的联用。煤化工废水中污染物种类较多，一种处理方法难以有效地处理，因此，A/O法的实施可提高污染物的处理效果，完成废水脱氮和脱碳处理，成为煤化工废水处理最常用的方法。

2.3 深度处理

在经过生化处理后的煤化工废水仍存在较高的COD值和难降解的有机物，则需进行深度处理，从而达到排放要求。深度处理方法具有多种类型，在实践中需进行相关的预实验，根据废水的特点选择适宜的方法。常用的方法包括物理法(吸附法、混凝沉淀法以及膜分离法)、化学法(和高级氧化法)和生物法(固定化生物技术)。然而，需要注意的是，在进行深度处理时优先选用有效且无衍生责任的方法，尽量避免带来二次污染。

3 煤化工废水零排放

随着保护环境和节约能源意识的不断提高，近年来，就煤化工废水治理提出“零排放”这一概念和目标要求。废水“零排放”技术最早于20世纪70年代应用在火力发电厂，为实现分质回收的节能目标。目前，已有多家公司申请了废水“零排放”专利技术，并且这些技术已应用于多个领域中。煤化工废水“零排放”指在煤化工生产中排除的废水进行多级、多项处理，将污染物进行浓缩，最终形成可回收的固体资源，不再排放任何形式的废水，实现节能和节水的双重目标[3]。除上述提及的预处理、生化处理和深度处理手段外，煤化工废水“零排放”技术还包括浓盐处理，即对废水进行蒸发结晶，从而实现“零排放”。目前，我国有多家企业初步实现了煤化工废水“零排放”，如：大唐内蒙古多伦每年46万t的煤基烯烃煤化工项目和宁夏神华宁煤煤制二甲醚及煤基烯烃一期项目等，这些成功经验值得借鉴与学习。

然而，煤化工废水真正实现“零排放”存在巨大挑战。煤化工生产复杂的工艺流程造成废水中成分复杂，在废水治理的预处理、生化处理、深度处理和浓盐处理阶段中均存在不同的技术难点[4]，如：预处理中难以寻找无毒且效果稳定的脱酚萃取剂、油类物质难以得到根除；进入生化处理的废水虽然降低了有机物质浓度，但残余的难降解有机物显著抑制微生物生长；深度处理效果不稳定；废水中无机盐复杂，完全置换出来存在困难。这些难点进而导致煤化工废水“零排放”目标基本无法达成，为实现这一目标，仍需不断努力。

4 结语

尽管目前煤化工企业采用多种手段对煤化工废水进行处理，但仍存在诸多问题，如：废水处理设备成本高、工艺落后、治理效果不稳定等。为此，需提升煤化工生产技术水平，优化废水处理设备，培养新型优势菌种，并加强技术创新，引进新型处理技术和方案，将煤化工废水处理作为企业的工作重点，引起企业和环保部门的高度重视。此外，煤化工废水在治理的同时会产生大量的生化污泥和臭气，带来衍生问题和二次污染，这又为煤化工企业的绿色生产带来新的挑战。因此，煤化工废水治理具有较大的难度，需要坚持不懈的投入。