煤化工作为我国工业发展中的重要产业，影响着现代工业社会的发展。但煤化工行业在生产时，存在大量的废水，如果不采取恰当的处理措施，则会对周围环境造成严重影响。在煤化工污水中，含有焦油、氟化物、氨氮等多种具有毒性的污染物，为了控制污染物的影响，国家出台了废水排放标准，要求各煤化工企业选择处理效果佳、稳定性强的污水处理工艺，以此降低污染，减少对环境的影响，从而推动煤化工企业可持续发展。
关键词：
煤化工；污水处理；工艺技术；废水；耗水量
煤炭作为我国主要化石能源，在生产结构中占据主要地位，随着煤炭消耗量的增加，煤化工产业也迎来了新的发展趋势。在生产过程中，诸多煤化工项目所处位置的资源较为匮乏，地表水环境容量有限，甚至部分地区并不存在纳污水体，但在生产过程中对水的需求量却巨大，同时也会生产出大量的工业废水，废水的污染物组成成分十分复杂，对环境产生严重威胁。污水处理在煤化工行业中，具有处理难度大、排放量大的特点，且污染物浓度高，针对此种发展现状，应当积极寻求成本低、效益高的污水处理工艺，以此实现工业经济与环境的协调发展，为煤化工企业的转型与升级提供支持。
1 煤化工耗水量大的主要原因
（1）节水意识薄弱。许多煤化工企业在生产过程中，正处于工业化开发阶段，其主要核心是实现工业技术的升级优化，从而产出合格产品，满足市场需求。这导致大部分煤化工企业未注重节能节水工作的开展，重点工作始终围绕着生产工艺与生产效益而展开，从而导致污水排放量大的问题未得到解决。
（2）缺乏水网优化措施。许多煤化工项目为了达到最终的经济效益，会在生产中选择多种生产技术，比如某煤化工项目，会选择壳牌粉煤气化技术，而在净化时会选择低温甲醇洗技术，而在甲醇制烯烃时会选择中科院大连物化所技术。生产设计的主要目的是保障各项工艺符合标准，提高生产质量，优化生产流程。但在系统化生产中忽略了水网优化的重要性，导致水资源浪费问题较为严重，污水也并未采取必要的优化措施。
（3）缺乏汽化炉节水考核。煤化工行业在生产过程中离不开煤气化技术的支持，属于节水工作的关键环节，但新型煤气化装置缺乏对水资源消耗量的控制，也缺乏对废水污染物浓度的指标考核，导致污水在排放时存在过多污染物，对环境造成严重威胁。
（4）不同工艺的耗水量不同。在煤化工企业生产过程中，需要采取不同的气化工艺，而不同炉型所产生的耗水量有所差异，最终污水的排放量也就存在区别。比如选择干粉煤炉的耗水量较低，如壳牌炉以及航天炉；选择水煤浆炉的耗水量较高。
2 煤化工污水特点
在煤化工生产项目中，生产污水量较大，其中还含有诸多污染因子，如 COD、氨氮等，而其他污染物的含量较低，各污染因子主要来源于煤的生产流程，包括气化、气体净化等阶段。污水中 COD 质量浓度在 300 mg/L左右，氨氮的质量浓度在 100 mg/L 左右，受到生产工艺与生产环节的影响，所采取的控制措施存在明显差异，污染物浓度也就会存在出入。在焦化污水中各污染成分复杂多变，其中有机物含量较高，主要与原煤性质、碳化温度、生产流程、焦化回收程序等多项因素相关。
3 煤化工污水处理工艺技术
3.1 物化预处理工艺
在煤化工生产过程中，废水中的酚浓度以及氨浓较高，远远超出了生化处理标准，因此在物化预处理过程中，其主要目的是实现脱酚除氨，为生化处理环节做好准备，降低处理负荷的影响，保障最终处理效果。
3.1.1 萃取脱酚
目前煤化脱粉的主要方法包括蒸汽循环法、溶剂萃取法，采取蒸汽循环法能够保障脱酚效率高达 80%，但是在煤化工生产中，含尘量过高，导致酚水的净化效果难以保障，也会导致净化流程难度加大，而在净化过程中，焦油类物质很容易导致换热器出现严重堵塞，使得金属填料极易出现腐蚀问题，最终的应用效果无法保障。溶剂萃取法在进行脱酚时，则不会出现以上缺点，能够保障最终的脱酚效果，脱酚率高达 90%以上，但最终脱酚效果受到溶剂的影响，溶剂的选择是其关键步骤。酚水萃取溶剂能够保障最重要的萃取效率，同时也不容易出现乳化现象，油水更易分离，不会对水质造成二次污染等问题，最终的处理价格也较为便宜。
萃取脱酚工艺的研究主要围绕着萃取剂的选择展开，比如在研究过程中会根据萃取的浓度、pH，探究最终的废水萃取脱酚效率，最终结果发现，在工业萃取剂中最为常用的为磷酸三丁酯以及煤油溶液，同时为了保障萃取效果，根据萃取剂制定了萃取体系。研究还发现氢氧化钠溶液浓度、反萃取比，会对最终萃取回收酚类效果产生影响，并构建了氢氧化钠反萃取回收酚类的体系。最终实验结果发现，萃取脱酚率高达 97%，酚总回收率超过 90%。可见在氢氧化钠反应体系的应用下，能够对高浓度含酚废水进行有效的处理，达到过程简单、萃取剂可重复利用的效果，能够保障最终经济效益。但应用缺点在于处理能耗较高，萃取剂在废水中可能会出现残留情况，对后续处理流程产生影响。
3.1.2 脱除与回收氨
在煤化工企业生产过程中，对煤气化废水的处理，大部分选择传统处理工艺，通过闪蒸、沉降，使得焦油与清油得到去除，随后对酸性气体进行精馏脱除，最后萃取脱酚。废水在经过脱氨与脱酚步骤后，可正常进入到生化处理阶段进行再处理。但由于废水中会含有较高浓度的二氧化碳，且脱氨步骤需要最后进行，所以在处理过程中，存在二氧化碳与氨共存的情况，反应后会形成氨盐结晶，从而导致设备出现结垢现象，引发严重的堵塞问题，最终影响设备的运行效率。
部分煤化工企业在处理时选择使用单塔加压汽提侧线脱氨法，此方法在煤气化废水处理时，在废水汽提单塔中，能够实现对酸性气、游离氨以及固定氨氮的去除，从而获得高浓度的氨气；而在塔釜净化水中，固定氨二氧化碳以及硫化氢的浓度低，不易出现结垢，而在净化后废水能够满足后续生化处理的各项要求。大部分煤化工企业在处理加压气化废水时，使用单塔加压侧线抽提装置，能够实现同时脱除固定氨、酸性气体等物质的目的，而废水经过脱酚处理后能够满足生化处理需求，最终可获得高浓度氨气。
3.2 生化处理工艺技术
煤气化废水经过预处理以后，要采取生化处理工艺对其进行再处理，一般情况下会选择缺氧－好氧生物法加以处理，但是在煤气化废水中存在诸多的降解物质，采取常规的处理方法，无法保障污染物的全部去除，且经过处理以后的 COD、氨氮指标无法达到最终的处理标准，因此为了满足生化处理需求，新生化处理技术逐渐涌现出来。
3.2.1 好氧生物法
（1）生物炭工艺。在曝气池前，可在回流的含炭污泥中混合粉末活性炭，在进入曝气池后能够实现对废水的有序处理，而处理过程为物理化学－生物处理。在进行工艺处理时，生物炭表面会吸附出很多难降解的有机物，使得废水中的有毒物质以及难降解物质能够得到有效降低，使得微生物活性能够得到显著提高，进而增强污染物的处理能力。此外，生物炭可实现对难降解物质与微生物的同时吸附，使得微生物与难降解物质的接触时间得到延长。微生物能够对吸附物质起到降解作用，部分生物炭表面可实现再生，再生后的生物炭能够对有机物再次进行重新吸附。此种协同作用能够对难降解以及无法降解的有机物起到有效的吸附效果与去除效果。生物炭工艺能够提高 COD 的去除率，尤其是对煤气化废水，COD 与氨氮的去除率均较高，与传统活性污泥法相比更具优势。但本项工艺技术在煤气化废水处理中，还需进一步深入研究。生物的处理工艺应用问题主要是，在排除污泥时存在一定磨损性，生化系统中的设备材料需要具有较强的耐磨性。如果生物炭添加量过多，在出水时可能会存在较多的生物炭颗粒。
（2）流动床生物膜工艺。主要是在反应器中加入与水密度相接近的悬浮载体，使得反应器中生物量与生物种类得到 提升，从而保障反应器的综合处理效率。在此项生产工艺中，每一悬浮载体都含有附着生物膜，生物膜外部则主要以好氧菌为主，生物膜内部主要为厌氧菌、兼氧菌，在同步硝化与反硝化点作用下，能够实现氨氮的有效去除。另外，在流动床生物膜工艺的反应器内，煤气化废水中的特征污染物能够得到有效降解，不仅能够保障有机物的处理效率，同时也能够有效强化耐冲击能力。流动床生物膜工艺的应用，能够在活性污泥法的基础上对废水加以处理，而反应器能够在水里停留短时间内降低氨氮浓度，同时也能够降低处理能耗与处理成本。流动床生物膜工艺的缺点为需要应用到聚丙烯材质，从而导致原材料的综合成本提高，因此在后续研究中，需进一步研发低成本的悬浮填料。
（3）深层曝气法工艺。需要在射流曝气与加鼓曝气的基础上完成供氧，好氧处理系统具有高负荷效果。在此工艺下，能够实现空气氧转化利用率的有效提升，在处理过程中，需要将溶解氧的质量浓度控制在 5 mg/L以上，使其能够承受高负荷的运行条件，并提高 COD去除率。深层曝气法工艺属于完全混合型运行模式，原水能够与回流废水合流，而后进入到反应器中，使其能够被快速循环与混合，从而提高抗冲击负荷能力。深层曝气法工艺能够有效处理发酵、制药、食品、煤气化等多个行业的废水。比如，某企业在处理鲁奇加压气化废水时，初始 COD 质量浓度为 5 000 ~ 6 000 mg/L，而氨氮的质量浓度为 800 mg/L 左右，整体处理难度较大。采取深层曝气法工艺在进行废水处理后，COD 质量浓度降低到 80 mg/L 以下，氨氮的质量浓度降低到10 mg/L 以下。深层曝气法工艺反应器能够充分提高COD 与氨氮的去除率，使得传统工艺泡沫多的问题得到有效解决，但工艺缺点在于池体深度大，需要较高的能耗。
（4）BioDopp 工艺。需要结合氧化沟全液内回流的理念，选择不同功能的分区形式，借助曝气系统，将空气提推技术作为主要动力，并将水解酸化、除碳、脱氮等多个单元组成一个单元，实现对占地面积的有效建设，同时也能够对工艺流程起到有效的优化作用，减少投资，缩短巡检路线，使得运营管理更加高效。BioDopp工艺的主要技术在于微生物驯化，技术设计的要点是在微生物循环中创造与自然界贴合的条件。在低溶解氧以及活性污泥浓度高的条件下，能够培养出特殊碱性菌种，生长速率较慢。此类菌种能有提高活性污泥的耐受能力，在反应器处理过程中，能够提高污染负荷的冲击，同时也能够为微生物创造良好的生存环境，有效提高处理效果。另外，本工艺可为同步硝化反硝化找到条件。
3.2.2 厌氧生化工艺
在煤气化废水中，存在诸多难降解的有机物，比如吡啶、喹啉、吲哚等等。这主要是由于此类污染物的相对分子质量较大，整体结构较为复杂，如果在好氧的条件下无法保障污染物的全部去除。但此类污染物具有厌氧降解的特点，因此在选择好氧处理以前，可对其进行厌氧处理，在厌氧微生物的分解作用下，使得难降解物质能够分解为容易降解的小分子有机物，而后经过好氧处理程序，全部去除难降解有机物。
在处理高浓度甲醇废水以及气化废水时，可选择两级两相厌氧处理工艺，此项工艺技术可在选择接种污泥时，以厌氧颗粒物污泥为主，快速启动处理程序。
采取两级厌氧的处理方法，能够提高 COD 的去除率，最终可高达 90%。而且在此项处理工艺中，系统的抗冲击能力良好，进水水质波动的影响较小。如果进水中COD 质量浓度处于 7 000~11 000 mg/L 时，出水 COD质量浓度能够降低到 600 mg/L。除此之外，在煤气化废水处理流程中，上流式厌氧污泥床处理工艺、活性炭厌氧膨胀床工艺的应用也较为常见，最终的处理效果能够得到充分保障。
3.3 深度处理工艺
对煤气化废水进行生化处理后，各种有机污染物都被取出，但仍然存在少量难降解的污染物，使得生物处理出水无法达到最终的标准，也不符合废水回收再利用的要求，因此需要对其再次进行深度处理。
3.3.1 吸附法
吸附法就是指在液体或者固体物质的表面对其他液体或气体进行吸附，尤其是在保障表面积的情况下，吸附力能够起到有效的作用，因此在工业废水处理中，会选择表面积较大的物质进行吸附，如活性炭等等。这种方法操作更为便捷，能耗较低，可保证最终的去除效果，但吸附剂用量大，再生费用高。活性焦处理煤气化废水主要是利用活性焦进行吸附处理，使得 COD 与SS 点处理效率提升。
3.3.2 混凝沉淀法
传统去除悬浮物时主要以反应沉淀工艺为主，但在具体技术操作过程中，生产成本较高，反冲洗周期较短，因此高效混凝沉淀技术应运而生。通过在混凝沉淀池中布置折板、网格等设备，产生高强度微涡旋，使得最终反应速率得到提升。而在多层网格作用下，可对絮凝过程的水流剪切力起到控制作用，从而形成更易于沉淀的密实矾花，在复合斜板沉淀设备支持下，提高沉淀池的上升流速，使得排泥无障碍，出水水质优。
3.3.3 高级氧化法
高级氧化法可对色度物质起到去除效果，常见方法包括均相催化氧化法、多相湿式催化氧化法等等。某气化厂在深度处理沉淀池出水时，选择使用多相光催化氧化技术，COD 的去除率明显提升，最终出水无色无味，可直接排放或者回收再利用。高级氧化法多种多样，在处理煤气化废水时，需要再进行深一步研究，提高方法可行性，使其消耗量与运行成本得到有效控制。
3.3.4 固定化微生物技术
固定化微生物技术能够固定优势菌种的应用，经过固定以后，细胞抗毒性能力明显强化。固定化微生物技术能够使得生物反应器类原类生物细胞纯度得到有效提高，同时也能够保证针对性菌种数量，减少污泥量，使得反应器工业分离效果得到保障，从而有效提高氨氮与难降解物质的去除率。好氧生物流化床法是固定化微生物技术的关键技术，通过对煤气化废水的处理，能够有效提高污染物的去除率。但由于不同菌种的物质氧化分解效率存在一定差异，而且煤气化废水成分构成较为复杂，所以在处理废水时，单一菌种无法保障最终的处理效果。因此在处理煤气化废水时，需要结合污染物复杂特点，筛选优质菌种，提高处理效率。
3.3.5 膜处理技术
许多煤化工企业都在寻求高效的废水处理技术，双膜技术是现在最为热点技术之一，其中超滤技术能够对废水浊度与其中有机物起到有效的去除作用，使得反渗透膜的污染得到控制，膜的使用寿命得到延长。
双膜法的废水处理法能够保证水的品质，通过脱除COD、脱盐、脱色等步骤，使得有机物得到有效去除，并将其作为生产用水，应用到常规生产流程中，实现零排放，但双膜技术成本较高，膜材料的研发还需要进一步深入。在处理过程中，也需要考虑生化处理环节先进技术的使用，使得污染物浓度得到控制，减轻处理压力。
4 结束语
综上所述，煤气化废水处理是当前的重点问题，废水处理不仅要符合国家相关标准，也要控制废水处理成本，通过对新工艺新设备的有效利用，充分发挥各项资源优势，使得污染物处理得到有效提升，不断提高综合处理水平。因此，煤化工企业要积极积累污水处理经验，贯彻落实国家环境保护政策，控制污染物排放。
原标题：煤化工污水处理工艺技术分析
原作者：董 欢
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