引言

我國的能源格局為“富煤、少油、缺氣”，從能源結構穩定性上研究，石油、天然氣資源情況仍與發達國家有較大差距。而且，煤炭作為我國的重要燃料，燃煤的大量使用，不僅浪費了大量的煤炭資源，還會影響我國的空氣質量，造成環境的汙染。據有關部門統計，煤炭的直接燃燒會排放大量的煙塵、SO2及NOx 等，導致大範圍霧霾天氣的出現。煤化工產業的大力發展將會帶動潔淨煤技術的發展，促進我國經濟綠色發展，因此現階段國家在大力發展煤化工產業。

1 我國煤化工廢水汙染現狀

1. 1 廢水產生與排放現狀

我國煤化工可以分為傳統煤化工與新型煤化工，目前，我國正逐步實行傳統煤化工向現代煤化工轉化。新型煤化工是煤炭清潔利用的重要手段。然而，我國煤化工項目耗水量巨大，“十二五”期間，根據行業平均水平顯示，新型煤化工中，煤製天然氣項目天然氣新鮮水耗約6 t /km3～8 t /km3，煤製油項目耗水量超過10t/d。而且，與高水耗相對應的，是高廢水產生量，一般一個新型煤化工項目的汙水產生量大約占耗水量的30%～40%，占比較大。如果煤化工生產廢水不經任何處理而大量排放，會嚴重危害當地環境，給人來生活帶來極大的健康影響，因此，煤化工項目的廢水處理與排放是當今必須研究的一個難題。

1. 2 廢水水質特點

煤化工廢水指煤氣化、液化和煉焦等工藝過程中產生的廢水，除了生產廢水，其還包括生活及其他有機廢水、其他特征廢水等。從廢水來源來看，煤化工工藝產生廢水中，氣化廢水具有汙染濃度高、種類繁多，可生化性較差，含有大量有毒、有害物質和難降解有機物，具有高酚、高氨、多油，COD波動範圍大等特點，其一度被認為是水量最大、水質最複雜和最難處理的部分。從不同生產工藝來看，魯奇爐工藝廢水具有氨氮、COD、酚、石油類濃度高，汙染嚴重等特點，因此，其處理水質最為複雜。同時，含鹽和高鹽水也是煤化工廢水中另一部分難處理的廢水。因煤化工廢水水質複雜且難以處理，所以，目前廢水處理問題已經成為煤化工尤其新型煤化工項目的“短板”。

2 煤化工廢水處理技術現狀

煤化工廢水處理一般包括預處理、生化處理、深度處理、含鹽水處理等，具體介紹如下。

2. 1 預處理

煤化工廢水中酚和氨含量較高，預處理可以回收利用廢水中高濃度的酚、氨資源。此外，通過預處理，還可去除廢水中的油類、灰渣，同時保障後續生化處理工藝的正常運行。預處理的主要技術如下。

1) 氣浮除油。煤化工廢水中的油類物質不僅很難被生化降解，而且還會阻礙可溶性有機物進入微生物細胞壁，降低可溶性有機物的生物降解率，因此，須在預處理階段加以去除。為了保證除油效率，煤化工廢水除油預處理實際多采用氣浮法。氣浮池除油原理是在微小氣泡擾動作用下，利用油氣之間的表麵張力小於油水之間的規律使帶油氣泡上浮至水麵，然後通過刮板達到去除油類物質的效果。

2) 萃取脫酚。實際上，煤化工廢水脫酚方式有吸附脫酚、水蒸汽脫酚、萃取脫酚等。其中，吸附脫酚常用的吸附劑包括改性膨潤土、活性炭和大孔吸附樹脂，吸附脫酚具有吸附率高等優點，但存在吸附劑再生條件差等缺陷;水蒸氣脫酚即通過水蒸氣帶出脫除廢水中揮發酚的方法，水蒸氣脫酚成本較低，對揮發酚的去除具有較好的效果，但去除不了水中非揮發酚;萃取脫酚是利用相似相溶原理，用萃取劑將酚從煤化工廢水中轉移的過程，萃取脫酚具有萃取效率高，不造成二次汙染，方便再生等特點，因此，在實際工程中，以萃取脫酚為主。

3) 汽提蒸氨。煤化工廢水中含有高濃度氨氮物質，目前，國內脫氨工藝主要采用水蒸氣汽提-蒸氨法，其蒸氨的原理是用高溫蒸汽將氨氮從水中吹脫出來加以去除。值得注意的是，無論是萃取脫酚，還是汽提蒸氨，都不僅可以去除煤化工廢水中的酚、氨類物質，還可以回收利用酚、氨資源。張博等研究表明，經酚氨回收後，廢水中揮發酚、揮發氨去除率可分別達到99%、98%以上。

2. 2 生化處理

預處理工藝之後，煤化工廢水進入生化處理階段。生化處理是煤化工廢水處理的主體和核心工藝。生化處理的原理是利用微生物新陳代謝，去除水中汙染物質。生化處理方法主要有活性汙泥法、A/O和A2/O法、厭氧工藝、SBR 工藝、好氧生物膜法及工程菌技術等。

1) 活性汙泥法。活性汙泥法是煤化工廢水處理領域最早采用的生物處理技術。傳統活性汙泥法對COD、SCN-和揮發酚的去除效果較好，但由於傳統工藝汙泥濃度低，對氨氮和有機氮的一般去除效果並不理想。但有實驗表明，提高水力停留時間可以使活性汙泥工藝具有硝化功能，進而提高氮但去除率;投加粉末活性炭可以提高了汙泥濃度，從而提高廢水的生化處理效果。

2) A/O和A2/O法。A/O和A2/O法是生化處理廢水的一項新突破，是缺氧和好氧結合的生物處理技術。A/O法原理是通過A 段( 反硝化菌，將硝酸鹽和亞硝酸鹽轉化為氮氣)和O 段(硝化菌，將氨氮轉化為硝酸鹽和亞硝酸鹽) 的共同作用去除煤化工廢水中氨氮。A2/O 是在A/O工藝基礎上在最前端加入厭氧工藝，其處理效果更佳而成本也隨之增加，但據相關研究顯示，采用A/O和A2/O 生物膜工藝處理煤化工廢水，BOD5、COD和NH3-N 的去除率皆在90%以上，且A2/O對有機物去除效果更優於A/O法。A2/O工藝流程如圖1所示。

3) 厭氧工藝。煤化工廢水中含有對微生物有毒而不可生化降解及難降解物質，而厭氧工藝具有改善廢水可生化性等優點，因此被廣泛應用。如，Nakhla等使用厭氧顆粒活性炭反應器處理煤化工廢水，酚類物質去除率高達95%以上。且據相關實踐證明，厭氧工藝還具有剩餘汙泥少、容積負荷率高、成本低等優點。

4) SBR工藝。SBR法集生物降解、均質、脫氮除磷、沉澱等功能於一體，是序列間歇式活性汙泥法的簡稱。SBR法反應器中微生物群落結構多樣化，通過周期性間歇運行的交替方式而完成各階段的生化反應。SBR 工藝可以使生物反應器不斷進行好氧環境和厭氧環境的交替變化，從而能夠處理高濃度的有機廢水和擁有較強的抗衝擊能力。SBR 工藝因具有組成簡單、高效，流程短，耐衝擊負荷等優點，逐漸受到煤化工廢水處理領域專家和學者的研究和實踐推廣。典型的SBR工藝包括五個過程，如圖2所示。

5) 好氧生物膜法及工程菌技術。好氧生物膜法通過微生物依附特殊載體調料生長繁殖，由於載體上附著的微生物種類繁多，且經過篩選形成特定種群和一定厚度的生物膜層，因此降解能力強。好氧生物膜法的微生物濃度可以達到傳統活性法中微生物濃度幾倍，具有複雜、高效的特點。煤化工廢水汙染濃度高，毒性大，對一般菌種抑製性大，目前工程菌技術尚處於實驗室階段，還未有成功應用到煤化工廢水處理的報告。

2. 3深度處理

煤化工廢水經過預處理，COD得到大幅度降解，但仍難以達標排放。因此，在生化處理工段之後需設置深度處理工藝，以進一步去除汙染物。對於煤化工廢水目前應用較廣泛的深度處理工藝如下。

1) 混凝沉澱技術。煤化工廢水經過生化處理後濁度和色度仍然很高，可通過投加混凝化學藥劑，進行混凝沉澱處理來滿足排放要求。通過混凝沉澱技術處理煤化工廢水的混凝劑主要有Al2( SO4)3、PAC、PFS、FeCl3，相關研究表明，通過綜合分析，PFS處理煤化工廢水效果較好，處理至達標成本最低。

2) 吸附法。吸附法是通過具有孔徑小、空隙多、比表麵大等特點的吸附材料，富集煤化工廢水中汙染物的方法。煤化工廢水處理的常用吸附劑有活性炭、粉煤灰、膨潤土等。其中，活性炭最為常用，因為其具有良好的吸附性能和穩定的化學性質，但活性炭存在再生難，處理費用較高的缺點;粉煤灰由於和活性炭結構相近，因此有吸附性能，且價格低廉，但粉煤灰存在二次汙染的風險，限製了其工業應用。

3) 高級氧化法。高級氧化處理煤化工廢水的主要方式有臭氧氧化法、非均相催化臭氧氧化技術、超臨界水氧化技術、光催化氧化技術、催化濕式氧化技術和Fenton 氧化技術。其中，臭氧氧化技術對酚類、雜環類等有機物去除效果較好，同時在作用過程中不造成二次汙染;非均相催化臭氧氧化技術中的催化劑包括金屬氧化物、金屬及金屬改性的沸石、活性炭等，其在催化過程中，除了起到催化作用，通常伴隨著吸附作用，對煤化工廢水深度處理效果較好，可使之達標排放;超臨界水氧化技術具有反應效率高，處理徹底，反應器結構簡單等優勢，可實現對難降解有機物進行深度氧化，但在國內研究尚處於起步階段，工業化運用較少;光催化氧化利用半導體材料，在紫外光照射下實現高分子有機汙染物的降解，然而由於該催化劑不能充分利用太陽能，故現階段運用較少;濕式氧化技術在高溫高壓的條件下，將難降解的有機物降解為小分子有機物，對煤化工廢水深度處理效果較好;Fenton 技術具有反應速率高，操作方便，設備簡易等優點，可用於煤化工廢水預處理工段及深度處理工段，處理效果較好。

2. 4含鹽水處理

含鹽水處理包括低鹽水處理及高鹽水處理。其中，煤化工低鹽廢水主要是循環排汙水、脫鹽水站排汙水等，其特征是有機物含量較低，含鹽量一般低於1%(10000mg /L)。低鹽水處理通常采用以“超濾+反滲透”為主的處理工藝，廢水脫鹽後的清水可作為原水補充水。

高鹽水一般指TDS在1%～2%(10000mg /L ～20000mg /L) 以上的廢水，目前高鹽水處理方法主要有自然蒸發水分及采用蒸發結晶技術。目前，采用蒸發塘處理高鹽廢水的效果並不理想。而結晶分鹽的技術標準的缺失及會產生二次汙染等，已經成為煤化工廢水“零排放”的瓶頸問題之一。

3 結語

我國煤化工廢水具有排放量大，汙染濃度高，可生化性較差，含有大量有毒、有害物質和難降解有機物，並具有高酚、高氨、多油等特點。目前，我國煤化工廢水預處理技術主要采用氣浮除油、萃取脫酚及汽提蒸氨;生化處理技術普遍采用“厭氧+ 好氧”的生化處理方式;深度處理的主體工藝是高級氧化、吸附工藝等，並以高級氧化法更為廣泛和實際運用;低鹽水處理通常采用以“超濾+ 反滲透”為主的處理工藝，高鹽水處理方法主要有自然蒸發水分及采用蒸發結晶技術，但皆不是最佳方法。因此，還需要繼續深入研究我國煤化工廢水處理方法及高鹽水蒸發結晶分鹽純度的提高及資源化途徑。

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