煤化工廢水處理工藝技術
1、煤化工廢水的水質類型與水質
煤化工行業的工藝路線不同，產生的廢水類型也存在一定差異，主要可分為煤制油廢水、煤氣化廢水與焦化廢水，廢水的類型不同使得廢水的水質也不同。
1.1 煤制油廢水
以廢水的濃度差異可以將煤液化廢水分為低濃度廢水與高濃度廢水。前者包括生活污水與不同裝置排出的低濃度含油廢水;后者則包括煤液化過程中產生的含酚污水、含硫污水。煤制油廢水中的主要污染物包括苯系物、多環芳烴、揮發酚、硫化物、油類、氨氮以及COD以及這些物質的衍生物等，煤制油廢水的處理難度較大。
1.2 煤氣化廢水
煤氣化廢水來源于煤氣溫度的冷卻過程，采用循環水將造氣爐出口的煤氣溫度降低，這一過程中煤氣中含有的焦油、未完全分解的水蒸氣、能部分溶于水或完全溶于水中的有機雜質等與水共同給冷凝，同時洗滌煤氣中含有的灰分，進而產生煤氣化廢水。同時，對煤氣予以凈化時，除氨、提取精苯、除硫等步驟也將產生部分廢水。煤氣化廢水的制取工藝不同將導致污染物的種類與含量不同，但是煤氣化廢水中普遍存在的污染物包括焦油、苯酚、甲酸化合物、氨、氰化物以及COD等。
1.3 焦化廢水
焦化廢水中污染物的主要來源于煤干餾煤氣冷卻過程、煤氣凈化過程以及精制過程。煤干餾煤氣冷卻過程中的產生的氨水是焦化廢水中污染物的主要來源，總量占到總污染量的50%以上;焦爐中的煤氣的凈化與冷卻過程中產生的廢水中含以后較高濃度的洗油、揮發氰以及揮發酚;粗苯與焦油的精制過程中產生的廢水的主要污染物包括氰化物、苯以及高濃度焦油，焦油由乳化油、輕油以及重油組成，包含的污染物有酚類、多環芳香化合物如萘、蒽等，含氮雜環化合物如吡啶等。
2、當前煤化工廢水處理工藝
當前煤化工產業處理廢水時采用的處理方式多為預處理+生物處理+深度處理，能夠取得良好的處理效果。
2.1 預處理
2.1.1 回收酚氨
處理廢水前，先對廢水予以脫酚處理，處理過程中普遍采用的工藝是溶劑萃取，萃取劑包括甲基異丁基酮、二異丙基醚等。將含酚廢水引入萃取塔上部，采用循環油泵將萃取劑打入萃取塔的底部，含酚廢水與萃取劑在萃取塔中部逆流接觸后，廢水中的酚轉移至溶劑油。溶劑油經萃取塔頂進入堿洗塔后與堿發生反應后生成酚鹽，溶劑油進入油槽循環使用。萃取法具有操作簡便、工藝成熟的優勢，且脫酚率較高(可達到80%)、脫氰率良好(50%)，還能回收酚鹽，且廢水中的酚含量不對萃取效果產生過大影響。其缺點則是廢水的堿度會對脫酚率造成影響，且萃取劑部分溶于水，需要進一步處理。
回收廢水中的氨時，采用較多的方法是蒸汽汽提，對去除易揮發性物質的作用良好，缺點則是高壓高溫條件下的設備腐蝕較為嚴重，能耗較高。
2.1.2 去除油類物質與懸浮物
預處理過程中，去除廢水中的懸浮物、油類物質時，常用的方法包括混凝沉淀法、氣浮法、沉淀法/隔油法。氣浮法具有排渣方便、除油效果良好的優勢，同時還具有預曝氣的作用，但是釋放器易發生堵塞，且對能耗的需求略高。預處理焦化廢水時，將過濾器加設于氣浮裝置前能夠取得良好的處理效果，且廢水中的含油量滿足生化處理時對水質的要求。
2.1.3 預處理難降解的有機物
煤化工廢水中多含有含氮雜環化合物、高濃度分類、多環芳烴等難以講解的物質，且部分具有生物毒性的有機物也部分溶解于廢水中，因此需要對這些廢水予以預處理以減小生化處理的難度。對這些難以降解的有機物廢水予以處理的過程中可以采用超聲波氧化、鐵碳微電解、高級氧化等方式破壞難降解有機物的分子結構。
2.2 生物處理
廢水經過預處理后，采用生物處理的方式對廢水作進一步處理，當前對經預處理后的廢水處理是，多采用兼氧/厭氧+好氧處理的工藝，能夠充分實現難降解有機物的開環進而降解，同時通過強化硝化反硝化作用將廢水中的氨氮予以處理。對傳統的活性污泥法予以改進以提升生化系統的難降解物質去處理受到關注，當前多采用的方式包括新型生物膜反應器(生物流化床反應與移動床生物膜反應器等)與投加化學藥劑或高效微生物(活性炭-活性污泥法、生物強化法)等。
2.2.1 移動床生物膜反應器
移動床生物膜反應器處理的關鍵在于采用密度與水類似的生物填料，這種填料稍微攪拌后能夠自由移動，能夠運用于生化處理前端高負荷處理COD，也能運用于生化處理的后端處理氨氮。采用移動床生物膜反應器處理廢水的優點是氨氮、有機物的脫除效果理想，具有較強的抗沖擊負荷能力，且占地面積更小的優勢，但是缺陷則在于對工程運行管理、載體流化性以及反應器的設計要求均較高。
經移動床生物膜反應器處理后的廢水中的COD的去除率可達到80%以上，氨氮與氰化物的去除率在90%以上、酚的去除率在90%左右。將高效脫氮菌強化系統接種于移動床生物膜反應器中能夠顯著提升脫氮效率，有研究證實脫氮率可接近100%。
2.2.2 生物強化
生物強化技術的思路為將經過基因技術培育的高效工程菌種或自然界篩選的優勢軍中加入到生化處理系統中以提升該生化處理系統的處理能力，提升系統中某類或某種物質的去除效率。已經有研究成功分離出一些功能微生物運用于降解煤化工廢水中的難降解物質，并經過對比實驗發現固定化的微生物的降解速度顯著高于游離微生物。
采用生物強化技術能夠將多數難以降解的酚類物質轉變為易于生物降解的物質，有研究證明生物強化技術對提升廢水中的氨氮、TP、COD的去除率作用明顯，且加入的菌種能夠在菌群中占有優勢地位。
實際應用時，污泥的沉降性能、水質條件等都將影響生物強化技術的應用效果，工程實踐過程中也是同時存在失敗與成功的案例。有工程為了提高焦化廢水處理場的生物系統的氰化物去除率，擴大培養具有降解氰化物的微生物與酵母菌，將其加入流化床生物反應器中，但是實際運行中發現其氰化物的去除率不理想，原因則包括廢水中有機物含量不足、氰化物降解速率不高、菌膠團的沉降性能不理想等。鈦鋼焦化廠將生物酶制劑加入生化好氧池、缺氧池等中，提高了整個生化系統中的微生物抗毒能力，特別是耐氰化物、抗鹽能力得到明顯提升，提高了廢水中難以降解、催化的有機物凈化率，也對生化系統中的微生物群落進行了優化。經過試運行發現，經過生物強化后，生化系統的泡沫含量得以降低，進水COD在1500mg/L時，出水COD含量在100mg/L，系統內污泥量較少，整體運行較為穩定，運行成本也較為理想。
2.3 深度處理
對廢水作預處理與生物處理后，廢水中的污染物質包括酚類物質、氨氮以及COD等的濃度已經顯著下降，出水中仍含有部分難以生物降解的物質，仍未達到廢水的回收、排放標準，因此需要對出水作深度處理以保證出水水質達標。
2.3.1 絮凝法
深度處理時的方法包括傳統的物理/化學技術如絮凝法、吸附法以及新型化學處理技術如高級氧化、電化學氧化等。經研究發現絮凝法處于最佳工藝條件下對COD的去除率為27%～32%;零價鐵工藝的COD去除率為43.5%左右，兩種處理工藝的處理效果均較為有限，采用摻硼金剛石膜電極BDD對焦化廢水的生化出水予以處理，發現BDD電極的礦化物礦化率接近100%，且堿性或自然條件下，能夠徹底去除生化出水中殘留氨氮，具有良好的處理效果，是建設與運行成本較高且操作較為困難。
2.3.2 絮凝劑的種類
絮凝法的優勢在于泛用性極強，處理成本也不高，因此得到了國內外的一致認可，得到了廣泛的使用。從絮凝劑的種類上看來，可將其分為金屬鹽類絮凝劑以及高分子絮凝劑，高分子絮凝劑中又包括微生物絮凝劑、無極高分子絮凝劑以及有機高分子絮凝劑等多個種類。
2.3.2.1 有機高分子絮凝劑
有機高分子絮凝劑的成本低，其毒性較小，且具有廣闊的pH工作范圍，有機高分子絮凝劑對無機物、有機物均具有良好的凈化作用。有機高分子絮凝劑又可以分為天然有機高分子絮凝劑、改性有機高分子絮凝劑與合成有機高分子絮凝劑，天然有機高分子絮凝劑的優勢在于無毒，價格低廉，因此受到廣泛關注，但是其產量較低，在全部有機高分子絮凝劑的產量中約占20%。聚丙烯酰胺(PAM)是合成有機高分子絮凝劑的代表，PAM的分子量分布于50萬～600萬區間內，容易分解，該類絮凝劑容易殘留單體PAM而導致存在一定的毒性，因此其使用范圍受到一定限制。隨著對PAM研究的不斷深入，淀粉-聚丙酰胺共聚物隨之產生，經過改性處理的天然有機高分子絮凝劑克服了原本的易分解、電荷密度低、分子量小的缺點。
2.3.2.2 微生物絮凝劑
微生物絮凝劑是第三類絮凝劑，微生物絮凝劑的優勢在于脫色效果理想，安全無污染，無毒性，且其來源較為廣泛。但是其缺陷則在于性能差，用量大以及成本較高，由于技術尚未成熟的緣故，當前多用于實驗研究。
2.4 膜分離技術
當前人們處理工廠廢水、生活污水時，開始采用膜生物反應器(MBR)進行處理，通過該技術能提高盡可能回收污水中的有效物質，凈化廢水，且能有效節省能源，可以說是污水處理中的朝陽產業，具有廣闊的發展前景。
雙膜技術(超濾膜與反滲膜)成為國內外工程化應用、研發的熱點，經超濾去除進水中的有機物與濁度，能夠明顯延長膜的壽命，進而減少運行成本。反滲膜去除進水中的有機物、COD作用明顯，還能取得良好的脫鹽效果，將降低COD含量、脫色與脫鹽同時完成，因此提升了處理效率與處理效果，出水可直接作為生產循環用水。
3、結語
從我國的發展特點與能源結構看來，煤炭仍是我國的重要資源，煤化工廢水的處理始終是煤炭行業需要重點關注的工作，也具有廣闊的發展前景。需要將煤化工廢水處理與煤炭產業發展更為深切而系統地整合，以煤化工廢水處理技術為平臺建立起煤炭產業循環經濟和可持續發展的新道路，建立起產業整合、生態良好、循環發展的新路徑。
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