高浓高盐化工废水的资源化综合处理工艺

刘永明

摘要：随着废水资源化的综合处理办法一直备受人们的重视，介绍了煤化工废水的来源、水质特点和处理难题。针对煤化工废水主要处理技术，即分离技术、生物技术和高级氧化技术，综述了国内外有关研究的现状、发展趋势和应用。展望了未来的研究方向，指出各种处理技术的组合和优化，缓解废水对生物工艺的毒性抑制性，达到高效生物脱氮的效果，是实现煤化工废水“零排放”的必然趋势。

关键词：煤化工废水；分离技术；生物技术；高级氧化技术

1前言

煤炭在我国能源结构中处于主导地位，占一次能源比重达到70%以上，是我国能源安全的重要保障。新型煤化工技术作为洁净和高效利用煤炭的先进方法成为我国能源领域研究的热点和发展的重点，该技术不仅能够解决我国煤炭资源因地理分布和消费空间不均衡所带来的运输制约问题，更可作为清洁原材料用以化学合成例如煤制油、煤制烯烃、煤制二甲醚、煤制天然气、煤制乙二醇等，促进我国煤炭资源向清洁能源的产业升级。

2分离技术

近年来，膜技术在废水处理领域得到广泛应用，其中针对煤化工废水的研究和应用主要是膜生物反应器（MBR）和滤膜。韩超等以臭氧预氧化后的煤气废水作为MBR进水，出水水质达到了回用水的标准。同时，一些改良技术促进了该工艺的实际应用，例如S.Y.Jia等在MBR内投加粉末活性炭提高污泥浓度处理煤制气废水，取得了高效的污染物去除效果，而且活性炭的投加减少了跨膜压力，有效地缓解了膜堵塞。同时，煤化工废水深度处理工艺的最后一段通常采用双膜法，即超滤结合反渗透工艺，废水可以实现60%以上的回用，剩余30%～40%的浓盐水进入浓盐水站经过高效反渗透结合多效蒸发工艺，废水回收率在95%以上，基本实现废水“零排放”。但是双膜技术仍处在初级应用阶段，更多的是引进国外的成熟技术，存在自主研发的技术难题和缺乏工程应用的经验。

3生物技术

预处理后的煤化工废水含有大量的可生物降解有机物，采用生物技术是最为经济高效的处理方法。然而，由于该废水中有机物成分复杂且具有大量有毒和难降解物质，不利于微生物的生长，也降低了生物工艺去除污染物的性能，导致出水水质难以达到国家排放标准，对受纳水体产生严重危害。因此，大量新颖的生物改良工艺及其组合被广泛用于煤化工废水的研究，为其“零排放”目标的实现提供了技术和理论基础。

常规的厌氧工艺处理煤化工废水存在反应器启动困难、处理效能低等问题，往往依赖于活性炭吸附或者稀释的方法才能正常运行。但是，活性炭存在易饱和、再生和更换操作复杂等困难，而稀释无疑增加了处理水量和运行成本，更会造成有毒和难降解物质在反应器内的不断积累，负面影响了厌氧处理效果。近些年研究发现，厌氧微生物在共代谢基质存在条件下能够强化其分解有毒和难降解有机物的能力。W.Wang等研究了甲醇共基质（甲醇500mg/L）和粉末活性炭（1.0g/L）强化厌氧工艺处理煤制气废水中酚类化合物的效能，结果表明两种处理方式分别将酚类化合物的去除率由30%~40%提高至73%和75%左右，而且显著改善了废水的好氧生化性能，该研究认为稀释进水或者延长停留时间难以显著提高厌氧工艺处理煤化工废水的效果。S.Y.Jia等采用大比例回流改良厌氧工艺处理煤化工废水，污染物的去除效果显著提高，同时厌氧污泥的微生物群落结构也被改变。实际上，厌氧工艺对COD和氨氮去除能力有限，但是废水经厌氧处理后形成大量易生物降解的小分子有机物，可以显著提高废水可生化性和好氧降解性，这对于组合工艺的高效处理性能具有更重要的意义。

4高级氧化技术

该技术是利用化学或者物理方法在液相产生强氧化自由基，主要是羟基自由基，将有机物直接矿化或者转化为小分子产物，具有氧化彻底、无二次污染、停留时间短、易于实现自动化操作等优势，在水处理领域被广泛应用。而且，该技术还可以有效地提高废水的可生化性，强化有毒和难降解有机物的去除效能，有利于后续生物工艺的处理，考虑到煤化工废水水质复杂、有机物浓度高、不利于氧化过程进行以及处理成本过高等问题，该技术往往用于深度处理工艺。目前，多种高级氧化技术在煤化工废水处理过程中被广泛的研究，其中Fenton氧化和臭氧高级氧化因其操作简单、反应温和、氧化能力强成为研究的热点和应用的重点。

韩洪军等通过负载过渡金属铜和锰的活性炭作为催化剂提高臭氧降解煤化工废水污染物性能，结果表明处理后出水COD和氨氮达到城镇污水处理厂污染物排放一级B标准，废水可生化性明显提高。然而，催化剂的活性易受水质和反应条件等因素的影响，甚至同一种催化剂在处理不同类型废水时也会具有不同的处理能力。因此，实际工程中关于非均相臭氧催化技术应用的报道较少，研发低成本和高效性能的催化剂是该技术能够工程化应用的关键。

该技术是在高温（150~350℃）、高压（5~20MPa）条件下，利用氧气或空气作为氧化剂，氧化水中溶解态或悬浮态的有机物或还原态无机物的水处理技术，具有处理效率高，不易产生二次污染的优势，但也存在处理成本高、设备要求高和投资高等缺陷，往往只作为高浓度有毒和难降解物质的工业废水预处理技术，该技术能够降低废水COD和提高其可生化性，然后再用后续生物法处理，降低能耗。唐受印等采用该技术处理高浓度含酚废水，在氧分压和温度分别为0.7~5MPa和150~250℃时，酚分解率为86%~99%。陈拥军等在湿式氧化苯酚废水过程中投加活性炭作为催化剂，弱化了温度对该技术的限制。

5结束语

研发提高煤化工废水可生化性的关键技术，去除有毒和难降解污染物，缓解废水毒性对微生物的抑制作用，以利于发挥生物脱氮的技术优势，以较低的成本对煤制气废水进行高效的深度处理进而提高出水水质，满足高效反渗透工艺进水要求，是实现该废水“零排放”目标的有效途径。

参考文献

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