煤化工废水处理关键问题解析及技术发展趋势

摘要: 介绍了煤化工废水的水质特点，其治理难点体现在: 水质复杂，难降解有机物浓度高并且毒性大。从煤化工废水处理技术的物化处理、生化处理和深度处理方面阐述了目前国内外煤化工废水处理的工艺，并着重分析了A/O 法、SBＲ 法、生物膜法、物理吸附法、高级氧化法以及膜分离方法在工程运用中所存在的问题，展望了煤化工废水处理技术未来的发展方向，表明了物化和生化处理技术的优化组合是该类废水处理的必然趋势。指出了煤化工废水处理关键技术为泡沫的消除，多元酚的降解，酚类物质的毒性控制以及酚类物质降解的微生物培养，为煤制气产业发展中废水处理提供了好的借鉴与参考。

关键词: 煤化工废水; 泡沫; 多元酚; 毒性; 微生物特性

据调查，“十一五”期间国家批准的十几家煤化工项目废水达到国家要求“零排放”的企业未见报道，煤化工废水处理稳定运行达标的企业也是为数不多。主要原因在于煤化工发展年限不长，煤化工废水的水质随着气化炉工艺不同和煤质不同而变化，以及煤化工废水中污染物降解机理研究的不够深入，带来了目前国内的煤化工废水处理工艺五花八门，生活污水处理工艺、常规工业废水处理工艺都在煤化工废水处理中应用过。这就使得煤化工企业难以选择废水处理工艺，建成的煤化工废水处理工程运行效果不稳定，存在难以达标等现象。

目前，国内为数较多的煤化工企业由于废水处理工程运行不稳定，无法达到零排放和达标排放，使得建成的煤化工企业正常生产无法运行。因此，煤化工废水的“零排放”问题已经成为制约煤化工产业正常运转的难点。

“十二五”期间，我国将投资40 000 亿元致力于煤化工企业的建设和发展，但是煤化工企业的废水处理以及零排放将成为制约煤化工行业发展的瓶颈。

1 煤化工废水处理技术现状

近年来，国内外研究者不断提出新的方法和技术用于处理煤化工废水，但各有利弊。

① 普通活性污泥工艺难以承受如此高浓度的难降解物质，即使在短时间内取得较高的COD 去除率，但出水中难降解有机物含量依然较高、脱氮效率很低［1］。

② A/O 工艺能够较好地去除氨氮，但出水COD 浓度仍难以满足排放标准［2］。

③ SBＲ 工艺能够较好地抗冲击性负荷，但是抵抗酚毒性的耐受性较差，污泥容易流失［3］。

④ 生物膜法能够较好地保持污泥量，但COD去除效率低，负荷低，难以处理大流量煤化工废水［4］。

⑤ 物理吸附工艺虽能有效地降低出水COD，但存在吸附剂再生和二次污染等问题［5］。

⑥ 高级氧化工艺能够快速氧化分解难降解有机物并提高废水可生化性，但实际应用中运行费用过高，无法形成产业规模［6］。

⑦ 膜分离技术能够较好地将各种污染物从废水中分离出来，使得出水水质较好，但也存在严重的膜污染和使用寿命等问题［7］。

生物+ 物化组合处理技术是煤化工废水处理技术的必然发展趋势，当煤化工废水中难降解污染物或有机氮含量较高时，单纯生物处理工艺将难以稳定达标，采用物化处理工艺能够减少废水中难降解有机物的含量和改善废水可生化性，减轻生物工艺的处理负荷，为废水达标排放或回用奠定良好的基础条件［8］。

2 煤化工废水处理关键技术解析

煤化工废水处理关键技术的理论与应用研究对维持新型煤化工行业健康运行、实现真正的废水“零排放”具有十分重要的意义。国内外对于煤化工废水处理相关研究大多停留在试验研究阶段，将煤化工废水中的特征污染物降解的关键技术研究成果寥寥无几。

2. 1 泡沫的消除

煤化工废水中含有大量的带有羟基的杂环类物质、脂肪烃类物质和表面活性剂物质，这些物质是目前煤化工废水生物处理装置泡沫产生的元凶，应该在预处理段尽可能去除。但若采用常规隔油池和空气气浮工艺，空气中的氧会使废水色度加深，多元酚氧化转化为中间产物苯醌类物质难以生化降解，增加了后续生物工艺处理的难度。根据煤化工废水这一特点，哈尔滨工业大学研发的惰性气体除油技术，不仅解决了煤化工废水的除油问题，而且避免了废水的预氧化，减小了后续处理的泡沫问题［9］。

2. 2 多元酚的降解途径

煤化工废水中的多元酚不能直接被微生物降解和使微生物增殖，只能通过厌氧共代谢而被转化去除，采用简单有机分子共基质强化多元酚的厌氧过程，不仅有效地控制了厌氧泡沫问题，还可有效降低多元酚抑制微生物增殖的难题，显著提高酚类的底物利用率。针对煤化工废水这一特点，哈尔滨工业大学研发的多元酚厌氧( EC) 共代谢机理与应用成果，可以显著提高酚类物质的生物降解性能。这一成果获得了国际同行的认可，获得国际水质协会( International water association，IWA) 2012 年度东亚地区工程创新奖［10］。

2. 3 酚类物质的毒性控制

酚类物质对于微生物具有一定的毒性，高浓度的酚类物质可以杀菌和抑制微生物的增殖，目前运行的煤化工废水处理装置内微生物增殖缓慢，酚类物质杀菌是典型特征。为降低煤化工废水酚类物质的杀菌特征，哈尔滨工业大学研发的生物增浓( BE)机理与应用成果，通过控制特定的水力条件、高生物添加剂、高污泥浓度、高污泥龄等参数，在最佳回流比和低氧状态下，酚类物质的毒性得到有效降低。低氧状态具有水解酸化作用，对难降解的COD 有较好的适应性; 低溶氧又创造了同步硝化反硝化脱氮的条件，在一定程度上实现了脱氮过程; 低溶氧曝气有效避免了泡沫的产生; 生物增浓( BE) 工艺对含酚废水处理效果十分显著［11］。

2. 4 酚类物质降解的微生物培养

煤化工废水含有大量难降解有机物，对于生物处理中的微生物筛选是一个严峻的考验，自然界的微生物很难适应煤化工废水中的特征污染物。因此筛选适应煤化工废水的优选微生物是研究机构的难点，通过对中煤龙化哈尔滨气化厂污水处理工艺中的菌种进行复合培养和保藏，进行微生物种群分析和16Sr ＲNA 基因序列测定，提交美国国立生物技术信息中心( National Center for Biotechnology Information)Genbank 数据库进行BLAST 生物核酸数据库进行对比。证明该微生物菌剂降解酚类物质的有效性，并能增强废水处理装置的抗冲击性［12］。

3 结语

针对目前煤化工项目普遍缺乏水资源和水环境条件支撑的现状，依托已有示范工程的典型案例，提出了煤化工废水处理关键问题解析，并对将来的研究热点和关键问题进行了展望。为了响应国家“节能减排”及“低碳经济”，建议企业和研究机构结合实际工程应用，在理论研究与实际工程应用实现煤化工废水零排放技术的成功衔接，为煤化工行业真正成为资源节约型、环境友好型产业，对缓解水资源危机和促进水资源良性发展有重要的现实意义。

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