浅谈煤化工废水处理.doc

浅谈煤化工废水处理 摘 要 煤化工废水含有多种难以降解的有毒化学成分，且排放量巨大，对环 境的污染十分严重。只有有效的处理废水才能减少对水系的污染。 关键词 煤化工 废水 处理技术 一 、引言 水是人类生命之源，也是人类从事生产最基本的自然资源，在人类社会可持 续发展中起着决定性作用。随着社会经济的不断发展和人口的急速增长，再加上 水源浪费以及水源污染， 水资源的短缺已经成为当今人类面临的最严峻的挑战之 一。 化工生产过程一般需用大量的水，同时会排放出相当数量的废水。化工一般 多集中布置在江、河、湖、海附近，生产废水就近排入水域，对水域造成污染。 据统计，我国化工行业排出的废水量占全部废水量的 22%，居第一位。事实上， 化工废水对水系的污染是许多地方最严重的环境污染现象， 是进行环境治理的首 要目标。 我国是一个煤炭资源丰富的国家，煤化工企业较多，在煤炼焦、煤气净化及 化工产品回收精制等过程产生了大量的工业废水，必须及时处理，再回收利用， 缓解当前水资源紧缺和环境污染带来的压力。因此，如何实现煤化工企业达标、 减少排放是关乎国计民生的大事。1 二、 煤化工废水来源及成分分析 焦化废水是煤热加工过程中产生的，这种废水主要来自洗煤、熄焦和副产品 的加工和精制过程，在熄焦冷却过程中产生大量含酚废水，在脱焦油洗苯、洗煤 过程中产生大量的芳烃类，含氮、含硫和含氮杂环化合物进人废水中，从而构成 了含有各种有机物的焦化废水。煤化工废水的组成成分十分复杂，据有关资料表 明， 煤化工废水内含污染物质达300 多种， 主要含有焦油、 苯酚、 氟化物、 氨氮、 硫化物等污染物。目前，国内设计的煤化工废水处理系统，基本沿袭经验，没有 区别对待或综合考虑煤化工废水中各种污染物的降解规律， 不能基于达标要求确 定合理的设计参数，从而实现经济、有效的水处理目标。通过实验证明，酚类物 质在焦化废水中较易降解，含氮杂环化合物喹啉、吲哚、吡啶在缺氧条件下大约 需要2 天3 天的时间，采用优势短杆菌降解浓度为40mg/L 的菲、蒽、芘时所需 的时间超过5 天。因此，基于污染物种类、性质及目标的不同，需要选择不同的 工艺流程。2 三、 煤化工废水的回用处理方法 煤化厂废水中所含物质主要取决于原煤性质、焦化产品回收工序与方法、碳 化温度等因素。废水回用系统在设计之初，认真分析废水成分，因地制宜，选择 合适的方案，取得最好的效果。目前，对煤化厂废水处理主要有以下几种方法。 1 物理处理方法 物理处理方法主要有混凝沉淀技术和活性炭吸附技术。 依据水质的不同采取 不同的处理方法，也可以两者结合应用。物理污水处理方法具有成本低、水质稳 定等特点，但运行成本较高。 1）混凝沉淀法是指向废水中投入混凝剂，使废水中污染物质发生凝聚从而 沉淀去除。常用的混凝剂有铝盐、铁盐、聚铝、聚铁和聚丙烯酰胺等。 2）活性炭吸附法是利用粘土、活性炭等具有吸附性的物质与煤化工废水混 合或经过由这些物质组成的滤床，将污染物吸附或滤除。活性炭吸附技术是目前 最常用的物理处理法，能够除去一般的有机杂质、废氯和重金属等。 2 化学处理方法 化学处理法就是应用化学反应机理除去煤化工废水中的有机杂质， 使之达到 废水回用的目的。目前，较为常用的方法有液氯消毒法、次氯酸钠消毒和臭氧消 毒法。 经研究发现液氯消毒法和次氯酸钠消毒能够产生氯仿等具有致癌性的物质， 国外逐渐摒弃这两种方法，而采用臭氧消毒法。臭氧消毒的原理是臭氧分解成具 有极强氧化能力的初生态氧，能够彻底杀死病菌，达到除污的目的，它的整个过 程不会产生前两种方法所述的致癌物质。另外，国内外比较关注很具发展潜力的 电化学法处理新技术， 它是指利用电极反应引起一系列的电化学反应或物化过程， 从而达到污染物降解转化的目的。它具有可控简便、用地面积小、设备紧凑、操 作维护费用低等特点，被称为“环境友好” 的技术。目前常用于废水的二级处 理上，对于作为深度处理的研究则较少。3 3 生物处理方法 生物处理法主要是为了更深一层清除废水中可降解有机物和氨氮。 生物处理 法一般用于较大规模的废水处理，初期投资大，但是运行费用较低。在这里介绍 一下生物膜法、生物炭法、生物流化床技术。 1）生物膜技术是利用生物菌技术，针对废水成分，高密度培养活性菌，直 接投入污染水体，分解转化，实现净水目的。它是一项近年发展起来的新技术， 具有工艺简单、高效、实用等特点，初步显示了在水处理领域的应用前景。现在 应用得较多的膜处理技术有微滤、纳米过滤、超滤、反渗透等。4 2）生物炭法是指将粉末活性炭与活性污泥混合投入生化进水的曝气池中， 然后将污泥从浓缩池中排入污泥脱水装置。 由于粉末活性炭具有巨大的比表面积， 吸附能力极强，与活性污泥混合在一起，使污泥附着于粉末活性炭的表面，从而 提高了污泥的吸附能力， 使活性污泥与粉末活性炭界面之间的溶解氧和降解基质 浓度有了很大幅度的提高，从而也提高了COD 的降解去除率，而且生物炭法能处 理生物难以降解的有毒有害的有机污染物质。 对煤化工废水中的高浓度大分子有 机物具有良好的处理效果。 3）生物流化床是以砂、焦炭、活性炭这类颗粒材料为载体，水流自下向上 流动，使载体处于流化状态，在载体表面生长，附着生物膜。它在传氧和传质方 面有着不俗的表现，被众多专家评为有机废水生物处理中效率最高的方法，具有 微生物浓度高，生物膜更新速度快，可承受的浓度负荷是其它生物法的5 10 倍，污泥产生量要少于其它生物技术等特点。因此，可以实现设施小型化并减少 占地和节省能耗，该工艺在生物脱氮方面也表现出非常显著的效果。 四、煤化工废水处理技术的发展方向 近年来，不断有新的方法和技术用于处理煤化工废水，但各有利弊。单纯的 生物氧化法出水中含有一定量的难降解有机物，COD值偏高，不能完全达到排放 标准。 吸附法虽能较好地除去COD，但存在吸附剂的再生和二次污染的问题。 催化氧化法虽能降解难以生物降解的有机物， 但实际的工业应用中存在运行费用 2 高等问题。 A /O工艺运行管理和成本相对较低，该工艺是煤化工废水的主要选 用工艺。但目前还没有哪一种工艺可以完全处理好煤化工废水，所以利用多种方 法联合 处理煤化工废水是煤化工废水处理技术的发展方向。5 1.预处理 煤化工废水经生化处理后，出水的COD、氨氮等浓度虽有极大的下降，但由 于难降解有机物的存在使得出水的COD、色度等指标仍未达到排放标准。因此， 生化处理后的出水仍需进一步的处理。深度处理的方法主要有混凝沉淀、固定化 生物技术、吸附法催化氧化法及反渗透等膜处理技术。6 2.生化处理 因此，近年来出现了一些新的生物处理技术，如生物炭法（PACT） 、生物流 化床处理法（PAM）等。 (1)生物炭法（PACT） 在生化进水中投加粉末活性炭与回流的含炭污泥一起在曝气池内混合， 从污 泥浓缩池中排出的剩余污泥进污泥脱水装置。在曝气池内，活性污泥附着于粉末 活性炭的表面，由于粉末活性炭巨大的比表面积及其很强的吸附能力，提高了污 泥的吸附能力， 特别在活性污泥与粉末活性炭界面之间的溶解氧和降解基质浓度 有了很大幅度的提高， 从而也提高了COD的降解去除率。 一般来说在PACT系统内， 活性炭吸附处理COD的动态吸附容量在100%350%（重量百分比） ，即一公斤粉 末活性炭可吸附去除1.03.5KgCOD。而且，PACT法能处理生物难以降解的有毒有 害的有机污染物质。 对煤化工废水中的高浓度大分子有机物具有良好的处理效果。 (2)生物流化床处理法（PAM） PAM法实际上是一种基于特殊结构填料的生物流化床技术， 该技术在同一个 生物处理单元中将生物膜法与活性污泥法有机结合， 污染物通过吸附和扩散作用 进入生物膜内， 通过在活性污泥池中投加特殊载体填料使微生物附着生长于悬浮 填料表面，形成一定厚度的微生物膜层。附着生长的微生物可以达到很高的生物 量，因此反应池内生物浓度是悬浮生长活性污泥工艺的24倍，可达812g/L，降 解效率也因此成倍提高。由于微生物为附着生长方式（不同于活性污泥的悬浮生 长） ，流动床载体表面的微生物具有很长的污泥龄（20d40d） ，非常有利于生长 缓慢的硝化菌等自养型微生物的繁殖，填料表面有大量的硝化菌繁殖，因此系统 具有很强的硝化去除氨氮能力。有煤化工废水需要处理的单位，也可以到污水宝 项目服务平台咨询具备类似污水处理经验的企业。7 硝化过程：NH4+3/2O22H+NO2 +H2O NO2 +O2NO3 反硝化过程：6NO3 +5CH3OH5CO2+2N2+7H2O+6OH(3)固定化生物技术 固定化生物技术是近年来发展起来的新技术，可选择性地固定优势菌种，有 针对性地处理含有难降解有机毒物的废水。 经过驯化的优势菌种对喹啉、异喹啉、吡啶的降解能力比普通污泥高25 倍， 而且优势菌种的降解效率较高， 相关实验证明其处理8h对吡啶等物质降解率 在90%以上。 (4)序批式活性污泥法（SBR） 这是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术。 与传统污水处理 工艺不同，SBR技术采用时间分割的操作方式替代空间分割的操作方式，非稳定 生化反应替代稳态生化反应，静置理想沉淀替代传统的动态沉淀。它的主要特征 是在运行上的有序和间歇操作，该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一 池， 无污泥回流系统。 该方法使生化反应推动力增大， 煤化工废水处理效率提高， 池内厌氧、 好氧处于交替状态， 净化效果好， 耐冲击负荷， 池内有滞留的处理水， 对污水有稀释、缓冲作用，有效抵抗水量和有机污物的冲击。若出水水质仍不达 标，也可以在SBR生化池内投加少量粉末活性炭以提高处理效率。8 3.深度处理 对于预处理后的煤化工废水，一般采用缺氧好氧生物法处理（A/O工艺或 A2/O工艺） ，但由于煤化工废水中的多环和杂环类化合物，好氧生物法处理后出 水中的COD和氨氮指标难以稳定达标。 煤化工废水经生化处理后，出水的COD、氨氮等浓度虽有极大的下降，但由 于难降解有机物的存在使得出水的COD、色度等指标仍未达到排放标准。因此， 生化处理后的出水仍需进一步的处理。深度处理的方法主要有混凝沉淀、固定化 生物技术、吸附法催化氧化法及反渗透等膜处理技术。 (1)混凝沉淀 混凝沉淀法是在生产中通常加入混凝剂如铝盐、铁盐、聚铝、聚铁和聚丙烯酰 胺等来强化沉淀效果调节好适当的 pH 值，使废水中的悬浮物质在混凝剂的作用 下聚集进而在重力作用下下沉，以达到固液分离的过程。其目的是除去悬浮的有 机物。该方法可有效降低废水中的浊度。 (2)吸附法 由于固体表面有吸附水中溶质及胶质的能力， 当废水通过比表面积很大的固体 颗粒时，水中的污染物被吸附到固体颗粒（吸附剂）上，从而去除污染物质。该 方法可取得较好的效果，但存在吸附剂用量大，费用高产生二次污染等问题，一 般应用于出水处。有煤化工废水需要处理的单位，也可以到污水宝项目服务平台 咨询具备类似污水处理经验的企业。9 (3)高级氧化技术 由于煤化工废水中的有机物复杂多样，其中酚类、多环芳烃、含氮有机物等难 降解的有机物占多数， 这些难降解有机物的存在严重影响了后续生化处理的效果。 高级氧化技术是在废水中产生大量的自由基 HO， 自由基能够无选择性地将废水 中的有机污染物降解为二氧化碳和水。高级氧化技术可以分为均相催化氧化法、 光催化氧化法、多相湿式催化氧化法以及其他催化氧化法。10 五、结论 煤化工废水是复杂的工业有机废水，煤化工废水的处理从水质学、污染控制学 及环境工程学等方面均是值得研究与技术突破的领域。 人们对煤化工废水检测及 处理存在一定欠缺，只有努力提高自己的技术水平，才能使煤化工水污染问题彻 底解决，营造产业与生态双赢的局面。 参考文献： 1 黄岳元 化工环境保护与安全技术概论 高等教育出版社 2006.5。 2 季惠良 煤化工污染及治理措施探讨 上海寰球石油化学工程有限公司。 3 王京