煤化工行業廢水處理工藝流程的研究

煤化工行業廢水處理工藝流程的研究

北極星水處理網訊:隨著工業的進步和社會環保意識的提高，水環境的汙染與經濟發展之間的矛盾日益突出。為切實加大水汙染的防治力度，保障國家水安全，環保部於2015年制定了《水汙染防治行動計劃》。為全面控制汙染物的排放，必須狠抓工業的汙染防治工作，整治汙染嚴重的行業，集中治理工業區的水汙染。

身為世界上最大的產煤和耗煤大國，儘管國務院頒布的《能源發展戰略行動計劃2014—2020》提出：到2020年，將煤炭消費比重控制在62%以內。但由於我國的能源結構中仍以煤炭為主，工業的發展仍離不開煤炭。由於煤化工的一大特點是耗水量大，所以維持煤化工的生產過程必然會產生大量的汙水。而我國的煤炭資源和水資源卻呈逆向分布，在煤炭資源豐富的地區，水資源往往十分匱乏。因此，工藝合理，經濟可行，使經過處理的汙水能夠循環利用的廢水處理方案會給高耗水的煤化工企業帶來巨大的經濟效益、社會效益和環境效益。

1 煤化工廢水的來源

煤化工是指以煤為原料，經化學加工使其轉化為氣體、液體和固體燃料，以及相關化學品的過程。煤化工主要包括煤的氣化、液化、低溫乾餾和高溫乾餾(焦化)及對以上過程中得到的中間品和產品進一步精製及深加工的過程，例如煤的焦化和焦油的加工精製等。

煤是化學成分非常複雜的物質，因此煤化工生產過程必然有大量汙水產生。這些汙水主要來自於加工原煤帶人的非結合水及結合水，在生產過程中引入的生產補水和由蒸汽冷凝中形成的廢水，如產品精製和化學品加工過程中分離出的汙水。

2 煤化工廢水的組成及危害

煤化工過程的廢水產量、汙染物成分及含量隨著原煤種類、產地、煤加工工藝、化學產品精製的方法、加工深度和裝置管理水平的不同而變化極大。廢水中往往含有數十種無機汙染物和有機汙染物，包括固體懸浮物、氨及銨鹽、硫化物、氰化物、重金屬;易降解的有機物，如脂肪族化合物、酚類化合物和苯類化合物;可降解類有機物，如吡咯、萘、呋喃、咪唑等;難降解的有機物主要有吡啶、咔唑、聯苯、三聯苯等多環芳香化合物和含S、N、0的雜環化合物。

廢水中的含氮物質能導致水體富營養化，藻類大量繁殖生長，以致水體缺氧，水質惡化變臭。廢水中的氨氮在水體中還能轉化成硝態氮，嬰幼兒飲用含有一定濃度硝態氮的水會致白血病。廢水中的含碳化合物多數都是耗氧類物質，會嚴重消耗水體中的溶解氧而導致水體的腐化。廢水中的硫化物也是產生酸雨的物質之一。廢水中的酚類化合物則是原型質毒物，濃度過高就會削弱水中微生物對汙染物的降解作用。酚類化合物可通過皮膚、黏膜和口腔接觸侵入人體造成累積性慢性中毒。廢水中的部分有機物的化學性質很穩定，微生物難以利用，且氰化物、芳環、稠環、雜環化合物對微生物的毒害作用很強，故此類廢水的直接可生化性極差。因此，若將煤化工廢水不加處理或處理不達標就直接排放到自然界中，不僅會對土壤、水源、空氣造成嚴重汙染，還會影響動植物的生長和人類的健康。有些物質還會在動植物的體內富集，使其濃度濃縮多倍，最終通過食物鏈危害人的身體健康，嚴重者可以致癌致命。隨著國家環保要求的不斷提高，煤化工廢水的處理已經成為一個影響該行業健康、持續發展的重要因素。

本文所述某石化公司煤焦油加氫裝置所產生的廢水主要來自煤的焦化產品——焦油的加工精製過程。該類廢水不僅水量大，而且成分複雜、危害大，在煤化工行業中非常典型，是焦油加工企業治理的重點。該廢水的pH值為7～11，酚的含量高達15 000—20 000 mg/1，油含量3 000～5 000 mg/l，硫化物和氨氮含量均為2 500～5 000 mg/l，這些汙染物常表現出極高的coD值，可達60 000~70 000mg/l。

3 汙水排放標準

國家和部分地方的管理部門對各地區、各行業的汙水排放要求出臺了控制標準和法律法規。1998年1月1日後建設的煤焦油加工企業如所在地方還沒有頒布相關的法規，就應按的《汙水綜合排放標準》(GB 8978—1996)執行(見表1)。

4 廢水處理方案

煤化工廢水汙染物的成分和含量千差萬別，處理流程也各不相同。針對某一類廢水的處理方法和流程，均需根據廢水的水質、水量、成分的回收價值、排放標準、各種廢水處理技術的特點及經濟條件等因素，通過調研、分析、技術經濟比較後再確定，必要時還要開展相關的試驗研究來確定適宜的處理方案。

煤焦油加氫廢水的淨化過程主要體現在去除廢水中的酚類物質、氨氮、硫化物和油類有機物。目前工業上成熟應用的單一廢水處理技術對廢水量、汙染物種類、汙染物濃度等都有一定的適用範圍，且各種汙染物在水中的脫除還存在著相互影響和相互幹擾。因此，廢水中的汙染物的指標不可能僅通過單一處理技術就達到排放標準的要求。故探究一整套技術成熟可靠、工藝流程合理、設備結構簡單、工程投資低、運行費用少、易維護、能長期穩定運行的煤化工廢水處理流程已成為國內外煤化工企業的重大課題。

煤焦油加氫廢水因含有較高的酚、油類有機物、硫化物及氨氮，設計廢水淨化流程時應該結合主體裝置(焦油減壓分餾塔)的操作特點及相關化學產品的加工工序(粗酚精製)，首先通過物理分離去油，再經過萃取脫酚、蒸氨等預處理來降低汙染物的濃度，減小廢水對微生物的毒性。同時，回收高含量、高附加值的物質。再對所得的低濃度、低毒性的廢水進行生化處理，這樣做不僅會降低廢水的生化處理成本，還能提高汙染物的脫除效果。適宜的生化處理技術在有效脫除廢水中氮化物的同時，對氰化物、苯酚類及苯類物質也有較好的去除作用，可以達到國家規定的汙水排放標準。但對一些難降解的有機汙染物，如喹啉類、吲哚類、煤焦油加氫廢水吡啶類、咔唑類等物質則很難實現完全降解，導致煤化工裝置產生的汙水經過生化反應後的COD難以達到一級排放標準。因此，經過生化處理後的汙水仍需進一步進行深度處理，直至達到循環使用的品質然後送往用戶處，或達到排放標準後排入自然界中。故廢水的物化預處理+生化處理+深度處理的多方法聯合處理流程應該是煤化工廢水處理方案的基本發展方向(見圖1)。

5 廢水處理技術的應用循環利用或達標排放

5.1物化預處理:根據工程經驗，經過生化法處理的廢水含酚量應該低於300 mg/l。且水中不得含有氨、焦油或油類物質，否則就會抑制微生物的生長，影響對汙染物的分解，甚至造成微生物的中毒死亡，降低廢水的處理效果。廢水中的酚類和油類物質同屬有機物，具有「相似相容」的性質，而酚還屬於Lewis酸，易與極性水分子之間形成氫鍵，增加其在水中的溶解度，進而促進油水的惡性乳化。因此，對酚類和油類物質的去除過程存在嚴重的相互幹擾，需要通過分步交替處理以便使廢水中的汙染物達到可生化處理要求。(1)脫酚工業生產中，酚濃度為1 000 mg/l以上的廢水稱為高濃度含酚廢水，回收利用其中的酚類物質可增加廢水處理的經濟效益。目前，工業上常用來處理高濃度含酚廢水的方法主要集中在物理分離方法，如：蒸汽吹脫除酚、溶劑萃取脫酚等。結合本文煤焦油加氫主體裝置的操作特點，在處理煤焦油加氫廢水時可優先採用溶劑萃取方法脫酚，且為降低萃取劑的分離成本，所選用的溶劑應儘量從煤焦油分餾系統或煤焦油加氫系統的中間產物或產品中選取。經模擬計算，本文中煤焦油加氫裝置廢水中的酚可由20 000降低到1 500mg/1以下。在工程實踐中，可用於進行低濃度含酚廢水處理的方法較多(見表2)，需結合主體裝置的操作特點，選擇操作方便、投資成本和運行費用低的脫酚技術。

(2)除油:煤焦油加氫廢水在脫酚過程中，若油含量較高會影響裝置的平穩運行及脫酚效果。例如：在用溶劑萃取法脫酚時，油會與水作用產生乳化物，降低脫酚效率;在用蒸汽法脫酚時，油的存在經常堵塞設備。因此，對含酚含油廢水進行處理時應優先除油。對於油含量較高(指含油量500 ppm以上)的廢水，工業上常用的除油方法有氣浮隔油法、澄清過濾法、精餾法和溶劑萃取法等。深度除油(指由200 ppm除油到50 ppm以下)的方法有吸附過濾法、旋流沉降法等。

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