煤化工企业废水处理研究

克己奉公

煤炭行业“十二五”规划指出要大力发展洁净煤技术，促进资源高效和清洁利用。发展煤化工产业特别是以洁净能源和化工产品为目标的新型煤化工产业成为本行业发展的必然趋势。水污染已经成为制约煤化工产业发展的主要原因，解决煤化工废水高污染、高排放问题势在必行。因此在进行工艺优化的同时还要提高水处理的要求，提高循环利用率,为此应特别重视煤化工废水深度处理技术的开发和应用。


煤化工产业离不开水，为高污染行业，如生产每t油需消耗10-12 t水，每t甲醇约消耗15 t水。煤化工废水组分复杂，因工艺不同水质也有较大差别，普遍含有大量的酚类、氰化物、苯等有毒有害物质，而且有很高的CODcr、色度、氨氮，且生化性不佳。物化联合生物两级处理难以达标排放，该类废水的处理一直是国内外废水处理领域的一大难题。


1 煤化工废水来源简介
1.1 炼焦废水:煤制焦是指煤炭在隔绝空气1000℃条件下，经过系列物理化学变化后制成焦炭的过程，焦化得到的焦油包含苯、萘、蒽等几百种有机化工原料。炼焦废水来源包括煤气初冷、生产用水和蒸汽冷凝，煤干馏及煤气冷却产生的剩余氨水是焦化废水的主要来源，其水量占焦化废水总量的50%以上，且水质受原煤和炼焦工艺影响很大。2005年炼焦废水的CODcr和氨氮排放总量分别占全国排放量的2.5%和4.6%，外排石油类污染物占全国排放总量的8%以上，同时排放的废水和废气中还含有大量的颗粒物、酚类、苯并芘、硫氰化物、氰化物等污染物。


1.2 煤气化废水:煤气化废水主要产生于煤气的洗涤、冷凝及分馏过程中，以煤气洗涤废水为主。煤气化废水含有氨氮、挥发酚、氰化物、SS以及其他多种环状有机物，是典型的高浓度难降解有机废水。


1.3 煤制油废水:煤制油工艺是以煤为原料加工生产汽柴油和航空煤油等油品的利用技术。煤制油废水具有色度大、乳化程度高、废水成分复杂、难以生物降解的特点。煤制油废水中含有大量的氨氮、氰化物等无机物，还有包括大量苯系物和含氮、硫的杂环类有毒有机化合物。


2 煤化工废水处理技术研究
2.1 分离技术处理:煤化工废水有机废水分离处理，是在不使用过多能量的基础上将水中的某些污染物从水中分离，而不破坏污染物分子结构的过程。某些分离手段能够获得经济效益，从而变废为宝，降低水处理成本，有些分离能够去除废水中的有毒有害物质，从而降低生化处理中污染物对微生物的抑制或毒害，起到强化生物处理的效果。


2.1.1 萃取法:水处理中常用的萃取方式有液—液萃取和超临界萃取两种。萃取处理煤化工废水主要是提取生产冷凝液中的高浓度酚(1000-50000mg/L)，常采用烃类如柴油、煤焦油作为萃取剂，后经蒸馏回收酚油，以大大降低水中酚浓度。


2.1.2 吸附法:吸附法被普遍应用在煤化工废水的预处理和深度处理中，吸附法能有效去除难生物降解的溶解性有机物、无机离子，同时能降低CODcr，起到除色除味和降低后续生化处理负荷，提高出水水质，实现水循环利用的作用。常用的吸附剂有活性炭、硅藻土、粉煤灰、沸石、炉渣以及合成树脂等，目前应用最多的是活性炭。


2.1.3 膜分离法:膜分离法是利用膜的孔径不同和选择透过性，将不同特征的有机物从废水主体中分离出来，达到降低其在废水中浓度的目的，通常经过膜处理后的水可以回用，大大提高循环利用率。膜分离法被广泛应用于水处理中，如煤化工废水、制药废水、石油工业废水等。


2.1.4 混凝沉淀法:混凝剂被广泛应用在煤化工废水预处理中。目前常用的混凝剂有聚合硫酸铁、聚合氯化铝铁、聚丙烯胺。黄金等采用铁碳芬顿—混凝沉淀法预处理焦化废水，最优条件下，CODcr、挥发酚去除率分别达到36.8%和49.5%，B/C从0.2提高到0.48，为后续生化处理提供了保证。


2.2 生物法处理煤化工废水:生物法具有许多优点，普遍应用于煤化工废水的二级处理中，通过生物处理，可以大大降低水中有机物的浓度，去除大部分CODcr、BOD及氨氮，是煤化工废水实现达标排放的核心工艺，也是深度处理前的必要过程。


2.2.1 活性污泥法:普通活性污泥法处理煤化工废水氨氮去除效果差，水中氰化物及高氨氮浓度易毒害微生物，破坏微生物正常生长环境，而且对难降解的有机物处理效果差，因此难以满足当前水处理的要求。为了弥补缺点，产生了许多工艺强化和改进措施，如通过氧化预处理提高B/C，降低水的毒性;通过生物驯化措施，提高微生物的耐受能力;改进曝气方式以提高溶解氧浓度。虽然能使处理效果得到改善，但氨氮的去除效果很差，还需要进一步联合脱氮工艺，才能达标排放。


2.2.2 生物脱氮工艺:由于煤化工废水含氮高，采用生物脱氮工艺成为煤化工废水二级处理的必然选择，核心就是调节不同阶段池中的溶解氧含量，合理控制控制硝化和反硝化过程，同时去除有机物。目前普遍采用的是厌氧好氧组合脱氮工艺，此外还有短程硝化-反硝化和同步硝化-反硝化技术等。


2.3 氧化/还原法处理煤化工废水:氧化/还原法特别是氧化法在水处理中得到广泛的应用，通过使用氧化/还原剂促进水中污染物的化学结构的变化，从而降低污染物毒性或对生物的抑制性，提高可生化性，或从根本上解决色度等问题。通常需要催化剂来提高效率，如pH调节，生物酶、金属催化剂等。化学氧化是普遍采用的水处理方法，一般用于处理难降解、对微生物有毒性和抑制性的废水，从而提高可生化性，通过与生物法结合可以达到很好的效果。对于饮用水及生化出水中微量有害物质，也经常会采用化学氧化法处理。氧化法在发展过程中衍生出了高级氧化法，在此过程中产生了羟基自由基，氧化更彻底，反应速率更快。