煤化工废水处理技术研究及应用分析

2022-09-11

前言:

煤化工是以煤为原料, 通过化学加工后, 使煤进行转化并且综合利用的工业。在我国, 煤炭资源较丰富, 石油和天然气则很稀缺, 因此煤化工行业占据我国工业很重要的位置。因为煤化工企业在煤制气和某些煤制化学品技术耗水量和排放量产生的污水水质复杂, 所以煤化工废水处理问题已经影响到煤化工产业的发展。因此, 如何实现煤化工废水的“零排放”和污水的回收利用是关乎民生的大事。

一、煤化工废水的主要来源和特点

煤化工废水主要来源于煤炼焦、煤气净化和化工产品回收利用等生产过程。这种废水中的水质以酚和氨为主, 其中还含有300多种污染物质, 主要有焦油、苯酚、甲酸化合物、氨、氰化物、COD、硫化物等, 其中氨氮200-500mg/L, 是一种具有难降解有机物的工业废水, 十分典型。而CODcr的含量甚至高达5000mg/L。废水中易降解有机物主要是萘、呋喃、咪唑类等酚类和苯类, 而难降解有机物则主要是喹啉、异喹啉、联苯等。煤化工废水的色度和浊度较高的原因是废水中含有各种生色集团和助色集团物质来使其色度和浊度高。

二、煤化工废水处理方法

煤化工废水处理工艺路线基本遵行:物化预处理+A/O生化处理+物化深度处理。

1. 预处理

废水预处理大多是用隔油、沉淀、气浮等物化法, 其中隔油法分为重力分离型、旋流分离型和聚结过滤型, 而重力分离型又分为平流式 (API) 、斜管式 (CPI) 、平流斜管式 (API-CPI) 、平行波纹板式 (CPS) 、斜交错波纹管式 (OWS) 隔油池和重力沉降分离隔油罐等;气浮法则包括溶气气浮、扩散气浮和电解气浮等。

若工业废水中含较高浓度的酚和氨, 则需要对酚和氨进行回收预处理。对于酚的预处理方法一般有蒸汽脱酚法、吸附脱酚法、溶剂萃取法、液膜技术法、氧化法和离子交换法等, 工业上常用溶剂萃取法做酚的预处理, 溶剂为异丙基醚;对于氨来说, 一般采用蒸汽汽提-蒸氨法。

2. 生化处理

煤化工废水经过预处理后, 再进行生化处理, 一般采用厌氧/好氧法、厌氧/缺氧/好氧法、、生物接触氧化、载体生物流化床、序批式活性污泥、上流式厌氧污泥床和在活性污泥曝气池中投加活性炭等进行处理。一般来说, 当用好氧法处理过后, 需要针对废水的特性再进行再处理。

(1) 厌氧/好氧法:厌氧/好氧是利用微生物的硝化和反硝化的作用进行脱氮、脱碳的原理的普通活性污泥法改进的方法。污水经过预处理后, 在进行厌氧/好氧法处理, COD质量浓度和氨氮的质量浓度均会下降, 其中较难降解的有机物萘、喹啉和吡啶的去除率分别为67%, 55%和70%, 而一般的好氧处理这些有机物的去除率不到20%。采用厌氧固定膜-好氧生物法处理煤化工废水, 也得到了比较满意的效果。

(2) 厌氧/缺氧/好氧法:厌氧/缺氧/好氧法中的厌氧处理, 是为了把废水中难以降解的有机物变为链状化合物, 长链化合物变为短链化合物。这种方法用于焦化废水处理, 当焦化废水经过处理后, 废水中的COD质量浓度、挥发酚的质量浓度和氨氮的质量浓度均会大幅度的降低, 比如说:COD质量浓度会由3257mg/L降至143.5mg/L。

(3) 载体生物流化床:载体生物流化床主要是运用生物膜法和活性污泥法基本原理由鼓风曝气系统和填料及筛网系统组成。利用载体生物流化床, 不仅能够在生化处理前端高负荷脱除COD, 生化处理后端高负荷脱除氨氮, 而且还能代替BAF进行深度处理。载体生物流化床投资成本少, 仅是活性污泥曝气池投资成本的70%, 并且所占的面积也相对较小, 仅仅占活性污泥曝气池的一半。其密度低, 填料易丢失, 需要专业人员进行专业性的技术操作。

(4) 序批式活性污泥:序批式活性污泥是根据好氧、厌氧微生物自身的代谢机能, 在进行好氧和厌氧交替反应过程中降解污水中的有机物和氨氮等污染成分的原理对传统活性污泥法进行改良后的产物。应用序批式活性污泥处理后的污水能够达到《合成氨工业水污染物排放标准》中一级排放的标准。

(5) 上流式厌氧污泥床:上流式厌氧污泥床能够使大部分的有机物转化成甲烷和二氧化碳, 并且能够利用反应器上部的分离器分离气体、液体、固体。

生化法能够较好地去除废水中的苯酚类和苯类物质, 但是对于一些难降解的有机物比如说喹啉类、吲哚类、咔唑类等效果较差。所以, 近年来对煤化工污水防治技术研究方兴未艾, 出现了生物膜反应器、湿式氧化、等离子体处理、光催化和电化学氧化等先进技术, 这些技术已在某些煤化工企业得到实施或取得试验成果, 由于应用成本普遍较高, 所以还未大规模推广应用。

3. 深度处理

经过生化处理的煤化工废水, 出水的CODcr、氨氮等质量浓度大幅度下降;但是, 因为存在难降解有机物, 生化处理后的COD、色度等仍然没有达到可以排放的标准, 因此, 需要继续进行深度处理。深度处理方法主要有:超滤、反渗透、混凝沉淀、絮凝沉淀、活性碳吸附和化学氧化、MBR等。

有研究发现, 强化生物脱碳脱氮以臭氧生物活性碳技术作为深度处理单元和回收工艺来处理煤化工废水后, 废水中的高COD、高氨氮质量浓度大幅度下降, 具有很好的处理效果, 其水质可以达到《城市污水再生利用工业用水水质》的标准。

(1) 臭氧生物活性碳技术

通过对臭氧生物活性碳技术在深度处理过程中的强化生物脱碳脱氧及回用工艺处理煤化工废水时, 发现了此工艺技术对于COD、高氨氮中所含油不容易降解煤化工废水的处理时, [2]有着非常良好的废水处理效果, 处理出来的水质符合《城市污水再生利用工业用水水质》 (GB/T19923-2005) 标准。

4. 膜浓缩废水的蒸发处理技术

煤化工废水进行浓盐水处理时所用的浓盐水主要是来源于双膜处理后的反渗透浓水, 含有盐质量浓度为3000-25000mg/L。一般采用膜浓缩和热蒸发技术来进行浓盐水的再浓缩。

把含盐量较高的盐度提升到50000到80000mg/L之后, 就进行蒸发处理, 通常使用的是机械蒸汽压缩再循环技术, 处理废水的过程中, 所需要的热能, 是由蒸汽冷凝以及冷凝水冷却时所产生的热能。处理过程中不会流失潜热。处理过程中只需要消耗一些废水 (蒸发器内的) 以及所产生的蒸汽和循环的冷凝水还有电能等。蒸发器将盐含量提升到了20%之上。所排出来的盐卤水被输送到蒸发塘通过自然地蒸发, 结晶干燥后成固体, 运到堆填区埋放。

膜浓缩技术经常用于浓盐水处理的前段, 可以将废水中的盐质量浓度提高到50000-80000mg/L, 膜浓缩技术处理成本较低、规模大、技术成熟, 能够减小浓盐水处理后续蒸发器的规模, 这样能够降低成本并节约资源。

伴随着环境保护的呼声高涨, 在未来的煤化工业的发展中也将是低成本投入、高产量回报, 降低污染, 进行可循环的发展。使污染物可以减少量化、得到循环利用, 提升资源的可使用率, 将经济实现可持续化发展。

由于煤化工产业的发展, 所造成的环境也越来越突出, 因此处理废水的相关问题也倍受人们的关注, 更深层地了解掌握煤化工废水处理技术的相关知识, 不仅可以促进煤化工行业的发展, 也是提升煤化工产业的必经道路。

摘要：煤化工企业废水是现代水污染中的一个重要的“源头”之一。如何实现煤化工企业的废水“零排放”目标和污水的重回收利用, 则是急需解决的问题。通过分析处理煤化工企业废水处理技术中常见的处理方法与实际应用案例来提出相关建议。

关键词：废水,污水重回收利用,废水处理技术