董 歡

（大同煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 大同 037003）

煤炭作為我國主要化石能源，在生產(chǎn)結(jié)構(gòu)中占據(jù)主要地位，隨著煤炭消耗量的增加，煤化工產(chǎn)業(yè)也迎來了新的發(fā)展趨勢。在生產(chǎn)過程中，諸多煤化工項目所處位置的資源較為匱乏，地表水環(huán)境容量有限，甚至部分地區(qū)并不存在納污水體，但在生產(chǎn)過程中對水的需求量卻巨大，同時也會生產(chǎn)出大量的工業(yè)廢水，廢水的污染物組成成分十分復(fù)雜，對環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重威脅。污水處理在煤化工行業(yè)中，具有處理難度大、排放量大的特點，且污染物濃度高，針對此種發(fā)展現(xiàn)狀，應(yīng)當(dāng)積極尋求成本低、效益高的污水處理工藝，以此實現(xiàn)工業(yè)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，為煤化工企業(yè)的轉(zhuǎn)型與升級提供支持。

1 煤化工耗水量大的主要原因

（1）節(jié)水意識薄弱。許多煤化工企業(yè)在生產(chǎn)過程中，正處于工業(yè)化開發(fā)階段，其主要核心是實現(xiàn)工業(yè)技術(shù)的升級優(yōu)化，從而產(chǎn)出合格產(chǎn)品，滿足市場需求。這導(dǎo)致大部分煤化工企業(yè)未注重節(jié)能節(jié)水工作的開展，重點工作始終圍繞著生產(chǎn)工藝與生產(chǎn)效益而展開，從而導(dǎo)致污水排放量大的問題未得到解決。

（2）缺乏水網(wǎng)優(yōu)化措施。許多煤化工項目為了達(dá)到最終的經(jīng)濟(jì)效益，會在生產(chǎn)中選擇多種生產(chǎn)技術(shù)，比如某煤化工項目，會選擇殼牌粉煤氣化技術(shù)，而在凈化時會選擇低溫甲醇洗技術(shù)，而在甲醇制烯烴時會選擇中科院大連物化所技術(shù)。生產(chǎn)設(shè)計的主要目的是保障各項工藝符合標(biāo)準(zhǔn)，提高生產(chǎn)質(zhì)量，優(yōu)化生產(chǎn)流程[1]。但在系統(tǒng)化生產(chǎn)中忽略了水網(wǎng)優(yōu)化的重要性，導(dǎo)致水資源浪費(fèi)問題較為嚴(yán)重，污水也并未采取必要的優(yōu)化措施。

（3）缺乏汽化爐節(jié)水考核。煤化工行業(yè)在生產(chǎn)過程中離不開煤氣化技術(shù)的支持，屬于節(jié)水工作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，但新型煤氣化裝置缺乏對水資源消耗量的控制，也缺乏對廢水污染物濃度的指標(biāo)考核，導(dǎo)致污水在排放時存在過多污染物，對環(huán)境造成嚴(yán)重威脅。

2 煤化工污水特點

在煤化工生產(chǎn)項目中，生產(chǎn)污水量較大，其中還含有諸多污染因子，如COD、氨氮等，而其他污染物的含量較低，各污染因子主要來源于煤的生產(chǎn)流程，包括氣化、氣體凈化等階段。污水中COD質(zhì)量濃度在300 mg/L左右，氨氮的質(zhì)量濃度在100 mg/L左右，受到生產(chǎn)工藝與生產(chǎn)環(huán)節(jié)的影響，所采取的控制措施存在明顯差異，污染物濃度也就會存在出入。在焦化污水中各污染成分復(fù)雜多變，其中有機(jī)物含量較高，主要與原煤性質(zhì)、碳化溫度、生產(chǎn)流程、焦化回收程序等多項因素相關(guān)。

3 煤化工污水處理工藝技術(shù)

3.1 物化預(yù)處理工藝

在煤化工生產(chǎn)過程中，廢水中的酚濃度以及氨濃較高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了生化處理標(biāo)準(zhǔn)，因此在物化預(yù)處理過程中，其主要目的是實現(xiàn)脫酚除氨，為生化處理環(huán)節(jié)做好準(zhǔn)備，降低處理負(fù)荷的影響，保障最終處理效果。

3.1.1 萃取脫酚

目前煤化脫粉的主要方法包括蒸汽循環(huán)法、溶劑萃取法，采取蒸汽循環(huán)法能夠保障脫酚效率高達(dá)80%，但是在煤化工生產(chǎn)中，含塵量過高，導(dǎo)致酚水的凈化效果難以保障，也會導(dǎo)致凈化流程難度加大，而在凈化過程中，焦油類物質(zhì)很容易導(dǎo)致?lián)Q熱器出現(xiàn)嚴(yán)重堵塞，使得金屬填料極易出現(xiàn)腐蝕問題，最終的應(yīng)用效果無法保障。溶劑萃取法在進(jìn)行脫酚時，則不會出現(xiàn)以上缺點，能夠保障最終的脫酚效果，脫酚率高達(dá)90%以上，但最終脫酚效果受到溶劑的影響，溶劑的選擇是其關(guān)鍵步驟[2]。酚水萃取溶劑能夠保障最重要的萃取效率，同時也不容易出現(xiàn)乳化現(xiàn)象，油水更易分離，不會對水質(zhì)造成二次污染等問題，最終的處理價格也較為便宜。萃取脫酚工藝的研究主要圍繞著萃取劑的選擇展開，比如在研究過程中會根據(jù)萃取的濃度、pH，探究最終的廢水萃取脫酚效率，最終結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在工業(yè)萃取劑中最為常用的為磷酸三丁酯以及煤油溶液，同時為了保障萃取效果，根據(jù)萃取劑制定了萃取體系。研究還發(fā)現(xiàn)氫氧化鈉溶液濃度、反萃取比，會對最終萃取回收酚類效果產(chǎn)生影響，并構(gòu)建了氫氧化鈉反萃取回收酚類的體系。最終實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，萃取脫酚率高達(dá)97%，酚總回收率超過90%?？梢娫跉溲趸c反應(yīng)體系的應(yīng)用下，能夠?qū)Ω邼舛群訌U水進(jìn)行有效的處理，達(dá)到過程簡單、萃取劑可重復(fù)利用的效果，能夠保障最終經(jīng)濟(jì)效益。但應(yīng)用缺點在于處理能耗較高，萃取劑在廢水中可能會出現(xiàn)殘留情況，對后續(xù)處理流程產(chǎn)生影響。

3.1.2 脫除與回收氨

在煤化工企業(yè)生產(chǎn)過程中，對煤氣化廢水的處理，大部分選擇傳統(tǒng)處理工藝，通過閃蒸、沉降，使得焦油與清油得到去除，隨后對酸性氣體進(jìn)行精餾脫除，最后萃取脫酚。廢水在經(jīng)過脫氨與脫酚步驟后，可正常進(jìn)入到生化處理階段進(jìn)行再處理。但由于廢水中會含有較高濃度的二氧化碳，且脫氨步驟需要最后進(jìn)行，所以在處理過程中，存在二氧化碳與氨共存的情況，反應(yīng)后會形成氨鹽結(jié)晶，從而導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象，引發(fā)嚴(yán)重的堵塞問題，最終影響設(shè)備的運(yùn)行效率。

部分煤化工企業(yè)在處理時選擇使用單塔加壓汽提側(cè)線脫氨法，此方法在煤氣化廢水處理時，在廢水汽提單塔中，能夠?qū)崿F(xiàn)對酸性氣、游離氨以及固定氨氮的去除，從而獲得高濃度的氨氣；而在塔釜凈化水中，固定氨二氧化碳以及硫化氫的濃度低，不易出現(xiàn)結(jié)垢，而在凈化后廢水能夠滿足后續(xù)生化處理的各項要求。大部分煤化工企業(yè)在處理加壓氣化廢水時，使用單塔加壓側(cè)線抽提裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)同時脫除固定氨、酸性氣體等物質(zhì)的目的，而廢水經(jīng)過脫酚處理后能夠滿足生化處理需求，最終可獲得高濃度氨氣。

3.2 生化處理工藝技術(shù)

煤氣化廢水經(jīng)過預(yù)處理以后，要采取生化處理工藝對其進(jìn)行再處理，一般情況下會選擇缺氧－好氧生物法加以處理，但是在煤氣化廢水中存在諸多的降解物質(zhì)，采取常規(guī)的處理方法，無法保障污染物的全部去除，且經(jīng)過處理以后的COD、氨氮指標(biāo)無法達(dá)到最終的處理標(biāo)準(zhǔn)，因此為了滿足生化處理需求，新生化處理技術(shù)逐漸涌現(xiàn)出來。

固始雞舍養(yǎng)和放養(yǎng)比較，氨基酸總量肉中3.45%和4.54%，肝臟中28.14%和34.38%，放養(yǎng)較高；必需氨基酸肉中0.779 6%和1.143 7%，肝臟中12.12%和15.7%，放養(yǎng)較高；非必需氨基酸肉中2.658 8%和3.393 4%，肝臟中16.034%和18.712%，放養(yǎng)較高；呈鮮味氨基酸中肉中0.579 7%和0.66%，肝臟中5.71%和6.71%，放養(yǎng)較高。

3.2.1 好氧生物法

（1）生物炭工藝。在曝氣池前，可在回流的含炭污泥中混合粉末活性炭，在進(jìn)入曝氣池后能夠?qū)崿F(xiàn)對廢水的有序處理，而處理過程為物理化學(xué)－生物處理。在進(jìn)行工藝處理時，生物炭表面會吸附出很多難降解的有機(jī)物，使得廢水中的有毒物質(zhì)以及難降解物質(zhì)能夠得到有效降低，使得微生物活性能夠得到顯著提高，進(jìn)而增強(qiáng)污染物的處理能力。此外，生物炭可實現(xiàn)對難降解物質(zhì)與微生物的同時吸附，使得微生物與難降解物質(zhì)的接觸時間得到延長。微生物能夠?qū)ξ轿镔|(zhì)起到降解作用，部分生物炭表面可實現(xiàn)再生，再生后的生物炭能夠?qū)τ袡C(jī)物再次進(jìn)行重新吸附。此種協(xié)同作用能夠?qū)﹄y降解以及無法降解的有機(jī)物起到有效的吸附效果與去除效果。生物炭工藝能夠提高COD的去除率，尤其是對煤氣化廢水，COD與氨氮的去除率均較高，與傳統(tǒng)活性污泥法相比更具優(yōu)勢[3]。但本項工藝技術(shù)在煤氣化廢水處理中，還需進(jìn)一步深入研究。生物的處理工藝應(yīng)用問題主要是，在排除污泥時存在一定磨損性，生化系統(tǒng)中的設(shè)備材料需要具有較強(qiáng)的耐磨性。如果生物炭添加量過多，在出水時可能會存在較多的生物炭顆粒。

（2）流動床生物膜工藝。主要是在反應(yīng)器中加入與水密度相接近的懸浮載體，使得反應(yīng)器中生物量與生物種類得到提升，從而保障反應(yīng)器的綜合處理效率。在此項生產(chǎn)工藝中，每一懸浮載體都含有附著生物膜，生物膜外部則主要以好氧菌為主，生物膜內(nèi)部主要為厭氧菌、兼氧菌，在同步硝化與反硝化點作用下，能夠?qū)崿F(xiàn)氨氮的有效去除。另外，在流動床生物膜工藝的反應(yīng)器內(nèi)，煤氣化廢水中的特征污染物能夠得到有效降解，不僅能夠保障有機(jī)物的處理效率，同時也能夠有效強(qiáng)化耐沖擊能力。流動床生物膜工藝的應(yīng)用，能夠在活性污泥法的基礎(chǔ)上對廢水加以處理，而反應(yīng)器能夠在水里停留短時間內(nèi)降低氨氮濃度，同時也能夠降低處理能耗與處理成本。流動床生物膜工藝的缺點為需要應(yīng)用到聚丙烯材質(zhì)，從而導(dǎo)致原材料的綜合成本提高，因此在后續(xù)研究中，需進(jìn)一步研發(fā)低成本的懸浮填料。

（3）深層曝氣法工藝。需要在射流曝氣與加鼓曝氣的基礎(chǔ)上完成供氧，好氧處理系統(tǒng)具有高負(fù)荷效果。在此工藝下，能夠?qū)崿F(xiàn)空氣氧轉(zhuǎn)化利用率的有效提升，在處理過程中，需要將溶解氧的質(zhì)量濃度控制在5 mg/L以上，使其能夠承受高負(fù)荷的運(yùn)行條件，并提高COD去除率。深層曝氣法工藝屬于完全混合型運(yùn)行模式，原水能夠與回流廢水合流，而后進(jìn)入到反應(yīng)器中，使其能夠被快速循環(huán)與混合，從而提高抗沖擊負(fù)荷能力。深層曝氣法工藝能夠有效處理發(fā)酵、制藥、食品、煤氣化等多個行業(yè)的廢水。比如，某企業(yè)在處理魯奇加壓氣化廢水時，初始COD質(zhì)量濃度為5 000～6 000 mg/L，而氨氮的質(zhì)量濃度為800 mg/L左右，整體處理難度較大。采取深層曝氣法工藝在進(jìn)行廢水處理后，COD質(zhì)量濃度降低到80 mg/L以下，氨氮的質(zhì)量濃度降低到10 mg/L以下。深層曝氣法工藝反應(yīng)器能夠充分提高COD與氨氮的去除率，使得傳統(tǒng)工藝泡沫多的問題得到有效解決，但工藝缺點在于池體深度大，需要較高的能耗。

（4）BioDopp工藝。需要結(jié)合氧化溝全液內(nèi)回流的理念，選擇不同功能的分區(qū)形式，借助曝氣系統(tǒng)，將空氣提推技術(shù)作為主要動力，并將水解酸化、除碳、脫氮等多個單元組成一個單元，實現(xiàn)對占地面積的有效建設(shè)，同時也能夠?qū)に嚵鞒唐鸬接行У膬?yōu)化作用，減少投資，縮短巡檢路線，使得運(yùn)營管理更加高效。BioDopp工藝的主要技術(shù)在于微生物馴化，技術(shù)設(shè)計的要點是在微生物循環(huán)中創(chuàng)造與自然界貼合的條件[4]。在低溶解氧以及活性污泥濃度高的條件下，能夠培養(yǎng)出特殊堿性菌種，生長速率較慢。此類菌種能有提高活性污泥的耐受能力，在反應(yīng)器處理過程中，能夠提高污染負(fù)荷的沖擊，同時也能夠為微生物創(chuàng)造良好的生存環(huán)境，有效提高處理效果。另外，本工藝可為同步硝化反硝化找到條件。

3.2.2 厭氧生化工藝

在煤氣化廢水中，存在諸多難降解的有機(jī)物，比如吡啶、喹啉、吲哚等等。這主要是由于此類污染物的相對分子質(zhì)量較大，整體結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，如果在好氧的條件下無法保障污染物的全部去除。但此類污染物具有厭氧降解的特點，因此在選擇好氧處理以前，可對其進(jìn)行厭氧處理，在厭氧微生物的分解作用下，使得難降解物質(zhì)能夠分解為容易降解的小分子有機(jī)物，而后經(jīng)過好氧處理程序，全部去除難降解有機(jī)物。

在處理高濃度甲醇廢水以及氣化廢水時，可選擇兩級兩相厭氧處理工藝，此項工藝技術(shù)可在選擇接種污泥時，以厭氧顆粒物污泥為主，快速啟動處理程序。采取兩級厭氧的處理方法，能夠提高COD的去除率，最終可高達(dá)90%。而且在此項處理工藝中，系統(tǒng)的抗沖擊能力良好，進(jìn)水水質(zhì)波動的影響較小。如果進(jìn)水中COD質(zhì)量濃度處于7 000～11 000 mg/L時，出水COD質(zhì)量濃度能夠降低到600 mg/L。除此之外，在煤氣化廢水處理流程中，上流式厭氧污泥床處理工藝、活性炭厭氧膨脹床工藝的應(yīng)用也較為常見，最終的處理效果能夠得到充分保障。

3.3 深度處理工藝

對煤氣化廢水進(jìn)行生化處理后，各種有機(jī)污染物都被取出，但仍然存在少量難降解的污染物，使得生物處理出水無法達(dá)到最終的標(biāo)準(zhǔn)，也不符合廢水回收再利用的要求，因此需要對其再次進(jìn)行深度處理。

3.3.1 吸附法

吸附法就是指在液體或者固體物質(zhì)的表面對其他液體或氣體進(jìn)行吸附，尤其是在保障表面積的情況下，吸附力能夠起到有效的作用，因此在工業(yè)廢水處理中，會選擇表面積較大的物質(zhì)進(jìn)行吸附，如活性炭等等。這種方法操作更為便捷，能耗較低，可保證最終的去除效果，但吸附劑用量大，再生費(fèi)用高?；钚越固幚砻簹饣瘡U水主要是利用活性焦進(jìn)行吸附處理，使得COD與SS點處理效率提升。

3.3.2 混凝沉淀法

傳統(tǒng)去除懸浮物時主要以反應(yīng)沉淀工藝為主，但在具體技術(shù)操作過程中，生產(chǎn)成本較高，反沖洗周期較短，因此高效混凝沉淀技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生[5]。通過在混凝沉淀池中布置折板、網(wǎng)格等設(shè)備，產(chǎn)生高強(qiáng)度微渦旋，使得最終反應(yīng)速率得到提升。而在多層網(wǎng)格作用下，可對絮凝過程的水流剪切力起到控制作用，從而形成更易于沉淀的密實礬花，在復(fù)合斜板沉淀設(shè)備支持下，提高沉淀池的上升流速，使得排泥無障礙，出水水質(zhì)優(yōu)。

3.3.3 高級氧化法

高級氧化法可對色度物質(zhì)起到去除效果，常見方法包括均相催化氧化法、多相濕式催化氧化法等等。某氣化廠在深度處理沉淀池出水時，選擇使用多相光催化氧化技術(shù)，COD的去除率明顯提升，最終出水無色無味，可直接排放或者回收再利用。高級氧化法多種多樣，在處理煤氣化廢水時，需要再進(jìn)行深一步研究，提高方法可行性，使其消耗量與運(yùn)行成本得到有效控制。

3.3.4 固定化微生物技術(shù)

固定化微生物技術(shù)能夠固定優(yōu)勢菌種的應(yīng)用，經(jīng)過固定以后，細(xì)胞抗毒性能力明顯強(qiáng)化。固定化微生物技術(shù)能夠使得生物反應(yīng)器類原類生物細(xì)胞純度得到有效提高，同時也能夠保證針對性菌種數(shù)量，減少污泥量，使得反應(yīng)器工業(yè)分離效果得到保障，從而有效提高氨氮與難降解物質(zhì)的去除率。好氧生物流化床法是固定化微生物技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)，通過對煤氣化廢水的處理，能夠有效提高污染物的去除率。但由于不同菌種的物質(zhì)氧化分解效率存在一定差異，而且煤氣化廢水成分構(gòu)成較為復(fù)雜，所以在處理廢水時，單一菌種無法保障最終的處理效果。因此在處理煤氣化廢水時，需要結(jié)合污染物復(fù)雜特點，篩選優(yōu)質(zhì)菌種，提高處理效率。

3.3.5 膜處理技術(shù)

許多煤化工企業(yè)都在尋求高效的廢水處理技術(shù)，雙膜技術(shù)是現(xiàn)在最為熱點技術(shù)之一，其中超濾技術(shù)能夠?qū)U水濁度與其中有機(jī)物起到有效的去除作用，使得反滲透膜的污染得到控制，膜的使用壽命得到延長。雙膜法的廢水處理法能夠保證水的品質(zhì)，通過脫除COD、脫鹽、脫色等步驟，使得有機(jī)物得到有效去除，并將其作為生產(chǎn)用水，應(yīng)用到常規(guī)生產(chǎn)流程中，實現(xiàn)零排放，但雙膜技術(shù)成本較高，膜材料的研發(fā)還需要進(jìn)一步深入[6]。在處理過程中，也需要考慮生化處理環(huán)節(jié)先進(jìn)技術(shù)的使用，使得污染物濃度得到控制，減輕處理壓力。

4 結(jié)束語

綜上所述，煤氣化廢水處理是當(dāng)前的重點問題，廢水處理不僅要符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，也要控制廢水處理成本，通過對新工藝新設(shè)備的有效利用，充分發(fā)揮各項資源優(yōu)勢，使得污染物處理得到有效提升，不斷提高綜合處理水平。因此，煤化工企業(yè)要積極積累污水處理經(jīng)驗，貫徹落實國家環(huán)境保護(hù)政策，控制污染物排放。