煤化工半焦廢水處理工藝技術綜述

盛凱(中冶賽迪工程技術股份有限公司，重慶 401122)

煤化工半焦廢水處理工藝技術綜述

盛凱(中冶賽迪工程技術股份有限公司，重慶 401122)

本文分析了煤化工半焦廢水的水質特點，介紹了半焦廢水處理典型工藝流程，重點對各種工藝技術原理進行了綜述。

半焦廢水;生化處理;膜技術;濃鹽水處理;蒸發結晶

煤化工半焦廢水是指半焦生產過程中產生的工業廢水。半焦的生產過程主要是以侏羅紀不黏煤和弱黏結煤為原料，采用中低溫干餾（約600℃～800℃）工藝制成，同時副產煤焦油和焦爐煤氣。其產生的廢水中含有大量難降解、高毒性的污染物，如苯系物、酚類、多環芳烴、氮氧雜環化合物等有機污染物以及重金屬等無機污染物，是一種典型的高污染、高毒性工業廢水[1]。

1 半焦廢水水質

煤化工半焦廢水成分復雜，污染物種類繁多，半焦廢水典型水質如表1所示。

表1 半焦廢水典型水質

由表1可知半焦廢水污染物大致組成，其中油類、氨、酚類污染物具有一定經濟價值，可進行回收的同時大幅降低污染物濃度。由于煤化工半焦生產企業采用的爐型大多為立式爐，其生產工藝產生的焦油與水很難分離，廢水中COD含量高達30000～40000 mg/L，且含有大量抑制微生物生長的有毒物質，所以生化處理很難達標[2]。

2 半焦廢水處理工藝

半焦廢水污染物濃度比焦化廢水高10倍左右，成分也更復雜，更難處理，其處理方法與焦化廢水應有所不同，但由于半焦行業興起較晚，目前國內外還沒有成熟的半焦廢水處理工藝，針對半焦行業廢水難以處理的普遍問題，筆者認為其處理思路應本著一方面盡可能回收廢水中有價值的產品同時大幅降低污染物濃度，另一方面顯著提高廢水可生化性，進而使得半焦廢水得以實現無害化處理。

現有處理方法仍然主要借鑒水質相似的焦化廢水處理工藝，即“物化處理+生化處理+深度處理+濃鹽水處理”，圖1為半焦廢水處理典型工藝流程。

2.1 除油工藝

半焦廢水中含有大量的重質焦油、輕質焦油及乳化油。為減少對后續生化處理工藝的不利影響，首先需除油。

目前，除油工藝有多種，如氣浮除油、重力除油、化學除油、電化學除油、過濾除油等。但單一處理方法都存在一定局限性，針對半焦廢水，可考慮重力沉降解與化學破乳相結合的復合式除油工藝。

2.2 脫酸脫氨工藝

半焦廢水中含有大量酚和氨，若直接進行生化系統，會嚴重超出生化系統的脫氮能力，導致系統出水氨氮超標，在進行生化前，必須進行脫酸脫氨。目前脫酸脫氨工藝有“先蒸氨后脫酸”和“先脫酸后蒸氨”兩種工藝[3]。其目的均為盡可能回收廢水中具有經濟價值的副產品，大幅削減污染物濃度，提高廢水可生化性。

2.3 生化處理工藝

通過前述處理工藝后，半焦廢水中的污染物濃度明顯降低，可生化性大幅提高。

半焦廢水生化工藝常采用兩級生化工藝。一級生化工藝常采用A/O內循環生物脫碳脫氮工藝或SBR序批式活性污泥工藝。其中A/O工藝由于容積負荷大、處理效率高、流程簡單、投資省、運行費用低而被廣泛采用。

圖1 半焦廢水處理典型工藝流程

經一級生化處理后，廢水中COD大部分為難生化降解的大分子有機物，為提高二級生化處理效率，通常需先進行高級氧化。二級生化工藝常采用A/O內循環生物脫碳脫氮工藝或曝氣生物濾池。

2.4 高級氧化工藝

目前高級氧化技術眾多，具有相似的技術原理，通過選取合適的催化劑激發各種氧化劑生成羥基自由基，從而破壞污染物分子結構，主要有芬頓試劑氧化法、臭氧氧化法、催化濕式氧化法、超臨界水氧化法、電化學氧化法等。

2.5 脫鹽處理工藝

為進一步實現半焦廢水資源化回用，還必須采用組合膜工藝對生化出水進行脫鹽處理。廢水脫鹽處理常用的工藝為超濾（UF）+反滲透（RO）工藝。

UF工藝可進一步去除水中懸浮物、膠體、有機物等雜質。RO工藝主要通過反滲透膜脫除全部二價及以上離子和絕大部分一價離子。

2.6 濃鹽水膜濃縮處理工藝

濃鹽水的膜濃縮工藝，目前常用的有高效反滲透膜濃縮、DTRO（碟管式反滲透）以及震動膜濃縮等。

高效反滲透膜濃縮對來水進行軟化除硬、脫氣、加堿后進入RO膜進行膜濃縮，在高pH值下，RO膜處于連續清洗狀態，抗污堵性強。

DTRO由于其通道寬、流程短、高速湍流的特點，它可以容忍較高的進水懸浮物而不會堵塞。

震動膜濃縮是采用平板反滲透膜進行濃縮處理，外加機械高頻率震動在濾膜表面產生高剪切力的新型、高效的“動態”膜分離技術。

各種膜濃縮工藝在其他行業都有所應用，DTRO水回收率一般為80%左右，其余膜濃縮工藝水回收率均可達90%以上。

2.7 濃鹽水蒸發結晶處理工藝

目前蒸發結晶技術主要有MVR（機械壓縮蒸發工藝），MED（多效蒸發）等。

MVR是將蒸發器產生的全部二次蒸汽經機械壓縮機壓縮，增加熱焓后作為蒸發器的加熱蒸汽，本工藝回收了蒸汽潛熱，提高熱效率，降低能耗，是一種新型高效節能蒸發技術，但價格昂貴。

MED是利用多個串聯的蒸發器加熱蒸發鹽水，前一效蒸發器產生的蒸汽作為下一效蒸發器的熱源并冷凝成淡水，此工藝一次投資較MVR省，但蒸發器內結垢嚴重。

蒸發結晶工藝均有其局限性，這些缺點是制約著蒸發結晶工藝發展及應用的主要因素。

3 結語

目前國內外尚沒有出現成熟的半焦廢水處理工藝，其處理方法主要借鑒水質相似的焦化廢水，典型處理工藝流程包括除油工藝、酚氨回收工藝、生化處理工藝、深度處理工藝、脫鹽處理工藝和濃鹽水處理工藝。

半焦廢水水質污染物成分復雜，本文介紹的各種處理工藝目前在推廣應用中都存在一些問題，如一次投資成本高、運行費用高、腐蝕結垢嚴重、反應條件苛刻等，這也是半焦廢水處理領域亟需解決的問題。

[1]高劍.半焦廢水中污染物組成及其去除特性分析，[D].陜西西安.西安建筑科技大學.2014.

[2]蔡永寬，張智芳，苗瑞，等.半焦生產高濃度難降解有機廢水處理技術工藝試驗研究[J].西安建筑科技大學學報，2012，44（4）：558-561.

[3]安路陽，李超，孟慶銳等.半焦廢水資源化回收及深度處理技術[J].煤炭加工與綜合利用，2014，10：42～47.

盛凱（1985-），男，工程師，碩士。