煤化工水污染水處理
        煤是古代植物遺體經(jīng)成煤作用后轉(zhuǎn)變成的固體可燃礦產(chǎn)，是非常重要的能源，主要由碳、氫、氧、氮、硫和磷等元素組成，碳、氫、氧三者總和約占有機質(zhì)的95%以上。其結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜。煤的有機質(zhì)大分子由橋鍵相連，其可以大體分為兩部分:一部分以芳香結(jié)構(gòu)為主的稠環(huán)核形成的規(guī)則部分，另一部分為連接在核周圍的烷基側(cè)鏈和各種官能團。在一定的條件下，煤易發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為其他的物質(zhì)。
    煤化工就是以煤炭為原料，經(jīng)一定的化學(xué)方法將煤炭轉(zhuǎn)化為氣體、液體和固體產(chǎn)品或半產(chǎn)品，而后再進一步加工成一系列化工產(chǎn)品或石油燃料的工業(yè)。煤化工主要包括煤的一次化學(xué)加工、二次化學(xué)加工和深度化學(xué)加工，并且煤的焦化、氣化、液化，煤的合成氣化工、焦油化工和電石乙炔化工等，也都屬于煤化學(xué)工業(yè)的范疇。
    1·煤化工的發(fā)展狀況
    煤的應(yīng)用與發(fā)展受限于石油的開采與利用，曾經(jīng)因為石油的開采與利用遭到大起大跌的境遇，但依然是世界上最重要的燃料。20世紀40年代末期，石油工業(yè)開始興起，使煤在有機化工原料中的比重逐年下降。二戰(zhàn)后，西方國家首先完成了有機化學(xué)工業(yè)原料從煤到石油和天然氣和轉(zhuǎn)換，40年代末日本也開始了化工原料的轉(zhuǎn)換。就世界范圍來說，有機化工原料從煤轉(zhuǎn)換成石油和天然氣在60年代完成。70年代末期以來，由于石油價格猛漲，影響了世界石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，使煤化工在煤氣化、煤液化、碳一化學(xué)等方面取得了顯著的進展。特別是20世紀90年代以來，世界石油價格時漲時落，波動很大。世界各國更是加緊了以煤為原料的化學(xué)工業(yè)的研發(fā)，出現(xiàn)了新型的煤氣化、煤液化等工藝。
    世界上典型的煤化工裝置有南非薩索爾公司和美國伊斯曼公司等。通過50年的發(fā)展，薩索爾的煤化工裝置每天生產(chǎn)相當于15萬桶(1．815萬噸)石油的燃料及化工原料，各種產(chǎn)品多達200余種，且經(jīng)濟效益顯著。伊斯曼公司的以煤化工路線生產(chǎn)碳一化學(xué)品典型裝置于1983年建成投產(chǎn)，是世界上唯一采用煤為原料生產(chǎn)醋酸、醋酐的大型裝置，目前產(chǎn)量已達51萬噸/年。由此可見，煤化工不但能替代石油的產(chǎn)業(yè)鏈，且能產(chǎn)生很高的經(jīng)濟效益。
    我國煤化工發(fā)展速度相對較慢。同世界先進水平相比，我國的煤焦油工業(yè)較落后，主要表現(xiàn)為設(shè)備加工能力小，工藝水平低，產(chǎn)品品種少，能耗高，環(huán)境污染嚴重等。造成這種現(xiàn)象的主要原因是煤焦油分散加工，代表煤化工技術(shù)水平的煤氣化技術(shù)也落后于一些發(fā)達國家。因此，國家在“十一五”規(guī)劃綱要中明確指出:“發(fā)展煤化工，開發(fā)煤基液體燃料，有序推進煤炭液化示范工程建設(shè)，促進煤炭深度加工轉(zhuǎn)化”。中國煤化工產(chǎn)業(yè)正逐步從焦炭、電石、煤制化肥為主的傳統(tǒng)煤化工產(chǎn)業(yè)向以石油替代產(chǎn)品為主的新型煤化工產(chǎn)業(yè)進行轉(zhuǎn)變。“十二五”期間，煤化工產(chǎn)業(yè)政策閘門收緊的信號已正式發(fā)出。國家發(fā)改委發(fā)布《關(guān)于規(guī)范煤化工產(chǎn)業(yè)有序發(fā)展的通知》指出，煤化工產(chǎn)業(yè)存在盲目擴建、無序發(fā)展的問題。如今，“煤化工”已遍地開花，國家發(fā)改于2006年、2007年7月、2008年年1月三次緊急叫停煤化工行業(yè)。煤制天然氣、煤制烯烴、煤制乙醇等行業(yè)均能面臨這內(nèi)憂外患的境遇。甲醇、二甲醚等煤化工產(chǎn)品早已飽和，產(chǎn)出大于需求，然而各地還在繼續(xù)引進、投入大型的生產(chǎn)線裝置。中國的化工產(chǎn)業(yè)是逢煤必化，遍地開花。中國的煤化工產(chǎn)業(yè)急需調(diào)整。
    2·煤化工的水污染狀況
    煤在加工過程中產(chǎn)生的污染物比碳氫化合物(石油、天然氣)要高得多。傳統(tǒng)的煤化工是高能耗、高排放和高污染的行業(yè)。煤化工發(fā)展的重點是現(xiàn)代煤化工，主要是煤經(jīng)氣化合成制氣再深加工生成各種煤基能源化工品。煤氣化是生產(chǎn)各類煤基化學(xué)品(氨、甲醇/二甲醚等)、煤基液體燃料、煤基低碳烯烴的關(guān)鍵技術(shù)。由于煤氣化工藝各不相同，隨之產(chǎn)生的污染物數(shù)量種類亦不相同。例如，魯奇氣化工藝對環(huán)境的污染遠大于德士古氣化工藝。與固定床相比，流化床和氣流床工藝的廢水水質(zhì)較好［1］。以褐煤、煙煤為原料進行氣化產(chǎn)生的污染程度遠高于以無煙煤和焦炭為原料的污染物。有關(guān)資料顯示，生產(chǎn)1 t合成氨需耗新鮮水約12．5 m3，生產(chǎn)1 t甲醇需耗新鮮水約15 m3，生產(chǎn)1 t二甲醚需耗新鮮水約15 m3，直接液化1 t油需耗新鮮水約7 m3，間接液化1 t油需耗新鮮水約12 m3，間接液化1 t油所耗的新鮮水約為12 m3。我國煤炭資源與水資源呈逆向分布，如山西、陜西、內(nèi)蒙、寧夏等地區(qū)的煤炭資源占有量為國內(nèi)已探明儲蓄量的67%，而水資源僅占全國總量的3．85%。目前這些地區(qū)正在掀起建設(shè)煤化工基地的高潮，水資源的嚴重匱乏，已經(jīng)成為制約煤化工行業(yè)發(fā)展的重要因素。
    煤化工污染的重點和難點是污水處理問題。污水中的化學(xué)需氧量(COD)和生化需氧量(BOD)均較高，有的生化降解難度高，污水的無害化處理還需下很大地功夫，有的還需進行科研攻關(guān)。煤化工廢水排放量約占全國工業(yè)廢水總量的30%左右，是排廢大戶。目前，節(jié)能環(huán)保已成為社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的必然要求，實現(xiàn)廢水的循環(huán)利用和零排放，節(jié)約水資源，現(xiàn)已成為煤化工企業(yè)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。
    煤化工中的廢水主要是指焦化廢水，焦化廢水是煤熱加工過程中產(chǎn)生的。在煤的熱加工中，高溫干餾、煤氣凈化、以及化工產(chǎn)品精制過程中會產(chǎn)生大量的廢水。這種廢水主要來自洗煤、熄焦和副產(chǎn)品的加工和精制過程，在熄焦冷卻過程中產(chǎn)生大量含酚廢水。在脫焦油洗苯、洗煤過程中產(chǎn)生大量的芳烴類，含氮、含硫和含氮雜環(huán)化合物進人廢水中，從而構(gòu)成了含有各種有機物的焦化廢水。煤化工廢水內(nèi)含污染物質(zhì)的種類達300多種，主要有焦油、苯酚、氟化物、氨氮、硫化物等污染物，組成成分十分復(fù)雜。污水中的COD和BOD均較高．有的生化降解有難度。對污水進行無害化處理還需下大功夫，有的還需進行科研攻關(guān)。
    焦化處理的工藝因進水指標的不同而不同，但基本上都采取“進水→除油池→PH調(diào)節(jié)池→厭氧池→好氧池→混凝反應(yīng)池→斜管沉淀池→濾池→出水”的處理方式。
    目前，國內(nèi)設(shè)計的煤化工廢水處理系統(tǒng)，基本沿襲以往的經(jīng)驗，沒有區(qū)別對待或綜合考慮煤化工廢水中各種污染物的降解規(guī)律，不能基于達標要求確定合理的設(shè)計參數(shù)，來實現(xiàn)經(jīng)濟、有效的水處理目標。
    煤化工企業(yè)排放污水以高濃度煤氣洗滌污水為主。污水中COD一般在5 000 mg/L左右、氨氮在200～500 mg/L，污水所含有機污染物包括酚類、多環(huán)芳香族化合物及含氮、氧、硫的雜環(huán)化合物等，是一種典型的含有難降解的有機化合物的工業(yè)污水。污水中的易降解有機物主要是酚類化合物和苯類化合物;砒咯、萘、呋喃、瞇唑類屬于可降解類有機物;難降解的有機物主要有砒啶、咔唑、聯(lián)苯、三聯(lián)苯等。將含氮雜環(huán)化合物喹啉、吲哚、吡啶置于缺氧的條件下，降解時間大約需2天～3天，采用優(yōu)勢短桿菌降解濃度為40mg/L的菲、蒽、芘時所需的時間超過了5天。因此，基于污染物種類、性質(zhì)及目標的不同，需選擇不同的工藝流程［2］。
    3·廢水處理的工藝
    污水經(jīng)處理后出水要求達到《污水綜合排放標準》(GB8978－1996)的一級標準。要達到這個要求，對廢水的前期預(yù)處理以及副產(chǎn)物分離至關(guān)重要，其處理結(jié)果將直接影響后期的生化處理法和物理法裝置系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
    3．1廢水的預(yù)處理法
    常用的預(yù)處理方法有隔油、氣浮等。因過多的油類會影響后續(xù)生化處理的效果;氣浮法在煤化工污水預(yù)處理中的作用是除去其中的油類并回收再利用，此外對后續(xù)的生化處理還起到預(yù)曝氣的作用。
    3．2廢水的生物處理法
    預(yù)處理后的煤化工廢水，一般采用缺氧－好氧生物法處理(A/O工藝或A2/O工藝)，但由于煤化工廢水中的多環(huán)和雜環(huán)類化合物，好氧生物法處理后出水中的COD和氨氮指標難以穩(wěn)定達標。近年來出現(xiàn)了一些新的生物處理技術(shù)，如生物炭法(PACT)、生物流化床處理法(PAM)等。
    3．2．1生物炭法
    在生化進水中投加粉末的活性炭，與曝氣池內(nèi)和回流的含炭污泥混合，然后進入污泥脫水裝置。在曝氣池內(nèi)，活性污泥附著于粉末活性炭的表面，由于粉末活性炭巨大的比表面積及其很強的吸附能力，提高了污泥的吸附能力，特別在活性污泥與粉末活性炭界面之間的溶解氧和降解基質(zhì)濃度有了很大幅度的提高，從而也提高了COD的降解去除率。
    PACT法能處理難以降解的有毒有害的有機污染物質(zhì)。對煤化工廢水中的高濃度大分子有機物具有良好的處理效果。
    3．2．2生物流化床處理法
    PAM法實際上是一種基于特殊結(jié)構(gòu)填料的生物流化床技術(shù)，該技術(shù)在同一個生物處理單元中將生物膜法與活性污泥法有機結(jié)合，污染物通過吸附和擴散作用進入生物膜內(nèi)，通過在活性污泥池中投加特殊載體填料使微生物附著生長于懸浮填料表面，形成一定厚度的微生物膜層。該系統(tǒng)具有很強的硝化去除氨氮能力。
              
    3．2．3固定化生物技術(shù)
    固定化生物技術(shù)是近年來發(fā)展起來的新技術(shù)，可選擇性地固定優(yōu)勢菌種，進行有針對性地處理含有難降解有機毒物的廢水。
    3．2．4序批式活性污泥法
    這是一種按間歇曝氣方式來運行的活性污泥污水處理技術(shù)。主要特征是在運行上的有序和間歇操作，該池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，無污泥回流系統(tǒng)。該方法使生化反應(yīng)推動力增大，煤化工廢水處理效率提高，池內(nèi)厭氧、好氧處于交替狀態(tài)，凈化效果好，耐沖擊負荷，池內(nèi)有滯留的處理水，對污水有稀釋、緩沖作用，有效抵抗水量和有機污物的沖擊。若出水水質(zhì)仍不達標，也可以在SBR生化池內(nèi)投加少量粉末活性炭以提高處理效率。
    3．3污水的深度處理法
    煤化工污水經(jīng)生化處理后，出水的COD、氨氮等濃度雖有極大的下降，但由于難降解有機物的存在使得出水的COD、色度等指標仍未達到排放標準。因此，生化處理后的出水仍需進一步的處理。深度處理的方法主要有混凝沉淀、固定化生物技術(shù)、吸附法催化氧化法及反滲透等膜處理技術(shù)。如王俊潔［3］等人研究了高效混凝沉淀技術(shù)應(yīng)用在煤化工的懸浮物處理中的應(yīng)用，并達到了很好的處理效果。此方案采用高效混凝沉淀技術(shù)，出水濁度可達到3度以下，遠遠低于傳統(tǒng)工藝中的混凝沉淀出水的指標，對后續(xù)濾池的壓力大大減小，反沖洗時間延長1倍以上，上升流速增加1倍，處理水量可達到傳統(tǒng)設(shè)計的2倍。因此，高效混凝沉淀技術(shù)在煤化工的懸浮物處理的應(yīng)用中具有可觀的技術(shù)、占地和投資優(yōu)勢。
    4·結(jié)語
    隨著煤化工技術(shù)的發(fā)展和國際石油形勢的日趨緊張，煤化工產(chǎn)業(yè)已成為我國國民經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的重要保障。要發(fā)展煤化工，必需解決由此所產(chǎn)生的污染問題。煤化工的發(fā)展應(yīng)該把污染、能耗降到最低限度．控制在生態(tài)、環(huán)境可承載的能力范圍內(nèi)。煤化工與石油化工、天然氣化工相比較，污染程度高、效益較低，所以我們一方面必須延伸產(chǎn)業(yè)鏈，生產(chǎn)高附加值的有機化工產(chǎn)品;另一方面，必須提高資源利益效率，減少廢物排放，尤其是提高高含鹽廢水的處理能力以確保煤化工的經(jīng)濟效益和環(huán)保水平。我們應(yīng)積極向世界先進的煤化工企業(yè)學(xué)習(xí)，增強產(chǎn)業(yè)的市場競爭能力。煤化工的發(fā)展決不能以資源、犧牲環(huán)境和破壞生態(tài)為代價。以節(jié)能降耗、減排治污為突破口進行轉(zhuǎn)變，把煤化工建設(shè)成為資源節(jié)約型、環(huán)境友好型行業(yè)。
煤化工水污染水處理