煤化工廢水難降解有機物的處理研究

張呈程

(晉能控股煤業集團廣發化學工業有限公司，山西 大同 037000)

引 言

缺油少氣而帶來的能源對外依存度較高的現狀，使得發展煤化工，實現“煤代油”，成為了國家平衡能源結構的必然選擇。我國豐富的煤炭資源儲備決定了煤炭的能源戰略地位，也給予煤化工充足的原料保障。煤化工產業迅速興起，“十三五”期間，國內已建成包括煤制油、煤制天然氣在內的近70個項目，產業規模及質量均穩步增長。然而，由于煤化工的高耗水特質，相關廢水的處理量大，濃度高且成分復雜，含有砒啶、咔唑、聯苯、三聯苯等難降解的有機化合物，因此伴隨著煤化工的興起也產生了嚴重的水污染問題。面對國家持續深入推進生態環境治理的趨勢，面對處理后污水回用率要高于 95%的行業要求，對煤化工廢水中難降解有機物的處理問題已成為影響產業可持續發展的焦點所在，相應的研究將極具現實意義和社會意義。

1 煤化工廢水的來源及其特點

煤化工廢水是指在化學生產過程中，將煤轉化為多種化工產品時，伴隨而產生的含有大量酚、氨氮等有毒有害物質和難降解的吲哚類、聯苯類、吡啶類有機物的工業廢水。煤化工廢水的主要來源及其相應的特點可概括為以下三個方面：

1)焦化廢水：煤高溫裂解得到焦炭和煤氣及其副產品回收過程中伴隨而生的成分復雜的廢水。該部分廢水的組成隨原煤及煉焦工藝的不同而出現差異化，可含有15類共計五百余種有機物，酚類及氨氮等成分在這部分廢水中的占比相對較高，吡啶、吲哚等雜環化合物及多環芳香族化合物則使得焦化廢水表現出生物難降解性和生物毒性。

2)氣化廢水：煤氣發生爐的煤氣洗滌、冷凝以及凈化時伴隨而生的含有芳香族化合物和雜環化合物的工業廢水[1]，其主要特點是氨氮質量濃度高、含劇毒性的氰化物，可含有多環芳烴、苯環衍生物等難降解有機物，可生化性介于0.15～0.25之間，相應的處理負荷要求高。

3)液化廢水：煤炭在加氫裂化、加氫精制等生產環節中產生的廢水，主要包括高濃度含酚廢水和低濃度含油廢水，前者含苯酚和多環芳烴，含鹽量低，COD值高，處理難度較大，后者的油含量較高，可達到500 mg/L，而有機物濃度低。

2 特征有機物的降解機制研究

2.1 長鏈烷烴的降解研究

長鏈烷烴是處理難降解有機物必須要面對的難題，在現代的廢水處理工藝中，多采用生物強化降解的方式來滿足減少或去除長鏈烷烴的要求，長鏈烷烴的降解處理方式如第206頁圖1所示。

圖1 長鏈烷烴的降解

2.2 多環芳烴的降解研究

多環芳烴的化學性質穩定，且在苯環數目增加的情況下，其降解處理難度越大，并逐漸出現抗生物降解性。三環多環芳烴作為煤化工廢水中典型的有機物成分，對其降解處理如第206頁圖2所示。

圖2 環多環芳烴的降解

2.3 雜環化合物的降解研究

吡啶、吲哚等雜環化合物不僅在煤化工廢水中含量較多，而且由于其具有一定的溶解性和抗生物降解性，使得生化處理后，其含量仍可達到廢水中剩余有機物的20%左右，處理后廢水毒性較強的隱患仍未得到有效解決。雜環化合物尤其是含氮雜環是通過厭氧呼吸來達到降解的目的[3]，其具體原理如下圖3所示。

圖3 含氮雜環的降解

3 難降解有機物的處理技術研究

3.1 傳統物化處理技術

傳統的煤化工廢水物化處理主要是指利用絮凝法和吸附法來達到強化有機污染物的沉淀和提高COD去除率的目標。絮凝法通常是根據要處理的廢水水質，利用有機或無機絮凝劑的添加及相關物化反應的進行，在壓縮雙電層和吸附電中和等作用下，實現反應產物的脫穩和凝聚，再經由適當的固液分離處理后，可完成對廢水COD及色度去除度的優化。該方法簡單高效、經濟實用。吸附法則是利用總比表面積較大、多孔性結構的吸附劑與有機物之間所可能存在化學鍵及靜電引力等相互作用，從而造成難降解有機物在吸附劑內外部附著和積累，增加了COD去除率，較為常規的吸附劑包括活性炭和樹脂，吸附處理過程通常不產生二次污染，且對水質的選擇性較小，在煤化工廢水的實際處理中應用較多。

3.2 新型物化處理技術

傳統的物化處理技術對難降解有機物的深度處理能力不足，因此，隨著對排廢要求的日益嚴格，以高級氧化法為代表的新型處理技術應運而生，其主要特點是利用光、電等強能量場的影響或臭氧、過氧化氫等強氧化劑的作用，使得大量的羥基自由基(OH·)等有效氧化物質得以產生，憑借其強勁的得電子能力，導致多樣化的自由基鏈反應不斷進行，廢水中的有機物也因此被降解為CO2或者小分子物質。高級氧化法的具體種類繁多(圖4是根據產生自由基的方式不同而對高級氧化法進行了劃分)，但普遍具有較高的COD和色度去除率，在一定的實驗條件下，可分別達到80%～92%和90%～96%[2]。

圖4 高級氧化法的分類

3.3 生物處理技術

生物處理技術一般而言是指利用經過篩選的高效降解菌群和行業內普遍采用A/A/O 組合工藝，達到降解特征有機污染物，提高COD去除率的技術。該項技術應為范圍最廣，同時技術工藝由于廢水水質的不同而存在一定的多樣性。隨著廢水處理要求的日益嚴格，生物處理技術向著豐富的生物群落、較高的氧利用率以及較低的污泥產量等方向不斷深化。

3.4 膜處理技術

行業內較為認可的膜處理技術是超濾-反滲透技術和UF-NF雙膜工藝，COD的去除率可達80%以上，工藝簡便、高效節能是其最突出的特點，隨著膜材料研究的深入，未來膜處理技術在COD脫除、脫色等方面的表現必然會有進一步的優化。

4 結論

1)煤化工根據其對煤的處理工藝不同和廢水來源的不同，造成廢水中所含的污染物種類及其含量有較大差異，但都帶來了處理難度較大、含難降解有機物較多的現實工藝難點。

2)對難降解有機物的處理技術雖然眾多，但每種處理技術都有其各自的應用特點和應用范圍，可根據煤化工廢水的水質特點進行處理技術的著重應用或聯合應用。