煤化工废水零排放技术的现状与优化措施

田雨辰(华陆工程科技有限责任公司，陕西 西安 710065)

0 引言

对煤化工废水进行零排放处理，不仅符合国家绿色环保的要求，也符合企业可持续发展的要求。因此，煤化工企业需要加大对零排放技术的研究力度，根据实际情况优化零排放技术，从而改善技术应用现状、提高技术应用效果。

1 煤化工废水概述

煤化工是指以煤为原料，经化学加工使煤转化为气体、液体和固体燃料以及化学品的过程。煤化工主要包括传统型与现代型这两种类型：传统煤化工涉及到了煤焦化、煤电石等领域；现代煤化工主要是通过气化、液化等方式将煤炭转变为化工产品[1]。煤化工生产过程中会产生大量的废水，例如：煤液化废水、煤气化废水等，只有做好废水处理工作，才能减少对生态环境的破坏并实现水资源的重复利用。

2 煤化工废水的产生与特点

煤化工生产包括诸多环节，例如：液化、气化、洗涤、冷凝以及分馏等，这些环节中会产生一些废水。煤化工废水主要包括含盐废水与有机废水这两种类型：含盐废水包括脱盐水系统排放的污水、循环水系统排放的污水等；有机废水包括煤气化产生的废水、生活污水、化工综合废水等。含盐废水的特点：含盐废水的含盐量相对较高，硬度也比较大，例如脱盐水系统排放的污水TDS浓度达到了2 500～3 500 mg/L、含盐量达到了300～15 000 mg/L，且其中含有大量的钠离子、氯离子等无机离子[2]。其中高盐废水的含盐量、碱度以及硬度都比较高，有机物的浓度相对较低，但是有机物的可生化性相对较差，需要单独对其进行回收处理。有机废水的特点：有机废水在煤化工废水中所占的比例比较大，且有机废水当中含有大量的有机物、无机盐、氨氮，降解难度非常大。同时，不同的气化工艺所产生的废水在水质方面有较大的差异。

3 煤化工废水零排放技术应用现状

废水零排放技术指的是通过减少能源排放与污染物排放等手段，将废水排放量控制为零。废水零排放技术包括诸多技术手段，例如生产过程中的能源消耗控制技术、能源利用率提升技术、利用可再生资源替代不可再生资源技术等。为实现废水零排放，煤化工企业可以采用资源回收利用、废物分离提纯、废物转移等手段提高水资源的利用率[3]。但是，废水零排放技术的应用难度相对较大，往往无法达到预期效果。

3.1 煤化工企业用水需求量较大

从实际情况来看，生产一吨煤化工产品就需要消耗8～12 t水资源，同时大多数煤化工企业都处于偏远地区，水资源较为匮乏。即使对废水进行处理，也无法满足企业的用水需求，因此需要开发第二水源。

3.2 未明确有机废水与含盐废水的特点

在应用废水零排放技术时，煤化工企业需要综合分析有机废水与含盐废水的水质特点，根据实际情况对废水进行分类处理。但大多数煤化工企业都没有精准区分有机废水与含盐废水的水质特点，没有制定完善的处理评价指标体系。例如，大多数煤化工企业都会利用COD、苯酚等指标评价有机废水的处理质量，但是并没有评估有机废水当中的有色金属、有毒物质的处理质量。同时，大多数煤化工企业都会利用COD、TDS等指标评估含盐废水的处理质量，但是没有对含盐废水中的TDS离子成分、堵塞成分进行综合分析与评估。在这种情况下，无法准确评估废水处理质量，也无法真正实现零排放。

3.3 废水零排放工艺实施过程中存在问题

在实施废水零排放工艺时也存在诸多问题：第一，在利用物化+生化+BAF工艺对有机废水进行处理后，双膜回用系统会自动整合出水与含盐废水。如果在回用系统当中应用一级反渗透就会产生大量的浓水，且很难利用反渗透的浓缩倍数计算出水的水质特征[4]。第二，如果在系统中，利用二级反渗透控制浓水的产生量就会对反渗透膜造成污染。第三，对浓盐水进行二次回收利用可有效降低浓盐水的质量浓度，所以很多煤化工企业都在研究蒸发结晶技术。但当前常用的多效型蒸发结晶技术对能源的需求量较大，例如固态蒸发结晶的能耗已经超出了企业的可承受范围。因此，很多企业开始利用蒸发塘这种技术进行浓盐水的处理，但是这种技术也存在有机物渗漏等问题，无法真正实现零排放。

3.4 成本较高

从经济角度来看，煤化工企业的废水零排放技术应用也存在诸多问题，例如成本高、运行能耗高等。首先，废水零排放的初期投资较大，导致部分企业不堪重负。部分企业表示零排放系统运行一天的成本就高达几万元，且完成废水零排放处理项目需要很长的时间，这就需要大量的投资。其次，废水零排放的运行成本较高。从相关统计结果来看，废水零排放的直接成本达到了11元/t，总体成本达到了34元/t。同时，废水零排放的运行能耗比较高，会消耗大量的能源。

4 煤化工废水零排放技术工艺

4.1 有机废水处理工艺

现代煤化工所产生的有机废水具有成分复杂等特点，所以零排放处理工艺较为复杂。从废水处理流程来看，有机废水处理工艺主要包括物化、生化以及深度处理这三个环节：第一，物化。在对有机废水进行物化处理时，利用隔油池筛除有机废水当中的油脂类物质，并利用中间间断排放工艺去除有机废水当中的造化物与乳化物[5]。同时，利用气浮池筛除有机废水中的悬浮物与密度较轻的油类物质。此外，如果有机废水当中含有大量的胶体以及悬浮物，就需要利用混凝沉淀池进行处理。第二，生化。煤化工企业可以利用厌氧-缺氧-好氧工艺、缺氧-好氧脱氮工艺、生物移动床反应器等工艺对有机废水进行生化处理。在应用前两种处理工艺时，需要完善缺氧条件与好氧条件，

从而去除有机废水中的有机物以及氮类化合物。在应用生物移动床反应器时，不需要对生物滤池进行逆冲洗，且可以提升脱氮效果。第三，深度处理。经过生化处理之后，有机废水会出现可生化性问题，可利用化学氧化技术、臭氧氧化技术等技术手段对有机废水进行深化处理。同时，也可以利用生物滤池去除有机废水中的COD以及氨氮，增强出水的稳定性。

4.2 含盐废水处理工艺

煤化工产生的含盐废水包括诸多类型，例如：低盐废水、浓盐水、高浓盐水等，不同类型的处理工艺不同。第一，低盐废水处理工艺。煤化工企业可以利用混凝沉淀、过滤、超滤以及反渗透工艺对低盐废水进行处理。在处理过程中，对低盐废水进行混凝沉淀处理可以去除废水当中的胶体以及SS等污染物；对低盐废水进行过滤、截留以及吸附可以去除废水中的胶体与SS等污染物；对低盐废水进行超滤可以进一步去除废水中的SS、COD以及胶体等污染物，且可以增强反渗透进水的稳定性；对低盐废水进行一级反渗透处理可以去除废水当中的盐，从而提高废水的利用率[6]。第二，浓盐水处理工艺。在处理浓盐水时，煤化工企业可以利用镁技术与膜浓缩、机械过滤与脱钙等工艺。对浓盐水进行镁技术处理，可以去除废水中的钙离子与镁离子，降低废水出现结垢等问题的几率，对浓盐水进行膜浓缩处理，可以提高废水的回收利用率。对浓盐水进行机械过滤可以去除废水当中的胶体与SS，对浓盐水进行脱钙处理，可以去除废水中的钙离子与镁离子。第三，高浓盐水固化处理工艺。煤化工企业可以利用蒸发塘或机械蒸发等工艺对高浓盐水进行固化处理。(1)蒸发塘技术，主要是利用太阳能促进盐水的蒸发与结晶。(2)机械蒸发技术，主要是利用蒸汽促进盐水的蒸发与结晶。在应用机械蒸发技术时，需要利用蒸汽压缩机对蒸汽进行压缩，再促进盐水的蒸发。(3)多级闪蒸技术。在应用该技术时，煤化工企业需要对高盐废水进行加热处理，当废水的温度达到标准之后，需要利用相应容器对废水进行闪蒸气化处理，从而将高盐废水转变为淡水。(4)多效蒸发技术。在应用该技术时，煤化工企业需要为后效单元提供一定的加热蒸汽，从而形成蒸汽利用体系，使多个蒸发器会共同运行，从而提高热能与水资源的循环利用。

5 煤化工废水零排放技术的优化

5.1 设置第二水源

煤化工企业的用水量较大，所以企业不仅需要应用自来水，也需要灵活应用矿井水、地下水以及废水等水资源，实现水资源的循环利用。例如，煤化工企业可以对厂址附近的矿井水资源开发技术进行深入研究。矿井水资源的体量较大，且水资源的清洁度比较高，所以煤化工企业可以尝试开发高矿化度矿井水、高铁锰矿井水与高浊度矿井水，并将不同的矿井水整合在一起，为煤化工生产提供更多的水资源。同时，煤矿企业应利用先进的技术手段将矿井水转变为符合要求的煤化工用水，增强第二水源供给的稳定性，例如：超磁分离技术、重介速沉技术以及常规处理技术可以对矿井水进行全面的净化处理。此外，也可以利用预处理、脱盐浓缩和蒸发结晶技术对高矿化度矿井水进行处理。在预处理过程中，应利用混凝沉淀与软化工艺对矿井水进行处理；在脱盐浓缩过程中，需要利用膜过滤以及加热蒸发浓缩技术对矿井水进行处理；在蒸发结晶过程中，应利用机械蒸汽压缩技术对矿井水进行处理[7]。此外，煤化工企业应加大对先进技术的研究力度，提高处理矿井水中的铁、锰等元素的能力。

5.2 进一步分析有机废水与含盐废水的特点

为了增强出水水质的稳定性、提升废水处理质量，煤化工企业应进一步分析有机废水与含盐废水的水质特点。通过定性分析法与定量分析法，分析有机废水中的有毒物质处理质量、有色金属处理质量、不易降解物质处理质量。另外，煤化工企业需要综合分析含盐废水当中的TDS离子成分、过滤膜污染成分以及过滤膜堵塞成分。在此基础上，根据实际情况优化废水零排放处理工艺。

5.3 贯彻落实零排放处理理念

在对二级反渗透处理时，很容易产生钙离子、镁离子以及硅离子，这不仅会污染反渗透膜，也会加大去硅难度。因此，煤化工企业需要深入研究一级反渗透浓盐水当中的硅离子，综合分析其化学机理，将脱钙技术、脱镁技术以及脱硅技术结合起来，从而优化二级反渗透工艺，降低二级反渗透的成本、增强二级反渗透的稳定性，提高含盐废水的处理质量。其次，煤化工企业应加大对高浓盐水处理技术的研究力度。例如高级氧化技术，可以有效去除含盐废水当中的难降解物质，加大对反渗透浓水蒸发的控制力度，从而减少对生态环境的污染。此外，加大对浓盐水机械蒸发装置的研究力度，将这一装置与蒸发塘技术结合起来，提升高浓盐水的处理质量，解决多效蒸发结晶技术成本高、效果差等问题。

5.4 增强废水处理系统的稳定性

从实际情况来看，煤化工废水处理系统不够稳定，降低了出水水质，所以应通过有效手段增强废水处理系统的稳定性。第一，当前很多煤化工企业生产设备的运行负荷都处于饱和状态中，甚至有很多生产设备处于超负荷运行状态中，这不仅增加了系统运行的安全隐患，也加大了废水排放量。同时，煤化工废水处理会受到进水水质、池容以及曝气时间等因素的影响，如果实际水量负荷一直大于设计水量负荷，将会降低生化处理系统的处理能力，导致出水水质不符合要求，甚至会导致污泥膨胀。因此，煤化工企业需要做好生产设备的运行负荷控制工作，并将循环冷却水排污以及蒸汽冷凝液排污与清净下水系统结合起来，控制末端系统的水量[8]。第二，煤化工废水处理系统会受到进水水质的影响，而进水当中的COD等污染物的浓度比设计浓度要高，且生化系统当中的碳氮磷存在比例失衡等问题，所以出水水质不符合要求。因此，煤化工企业需要在废水处理系统当中设置预处理装置，从而控制进水的氨氮总量，并对进水进行全面检测。如果进水当中的营养物质比例不协调，就需要人为施加一些碳源，增强比例的平衡性。其次，在废水处理系统中增设前端调节池，使废水先在调节池当中停留48 h以上，从而增强废水的稳定性。第三，生化系统是废水处理系统的核心，该系统可以利用微生物去除废水当中的COD。在这一过程中，煤化工企业需要将系统进水温度控制在10～40 ℃之间，温度过低或过高都会降低微生物的活性。但很多煤化工废水的温度都比较高，所以生化系统的进水温度会在45 ℃以上，导致微生物缺乏活性。为了解决这一问题，应在废水处理系统中设置换热器，从而降低进水温度，将进水温度控制在30 ℃以内，增强微生物的活性，提高生化处理质量。

5.5 完善预处理系统

近年来，煤化工企业不断完善双膜系统以及蒸发系统，但忽视了预处理系统的完善，降低了废水处理质量。预处理系统在废水处理中占据着重要地位，可有效去除废水中的污染物，降低废水的硬度、浊度以及碱度，从而减小废水对双膜系统的影响，降低双膜系统出现结垢等问题的几率。因此，煤化工企业需要科学优化预处理系统，完善预处理系统中的消泡剂投加设施与阻垢剂投加设施，提升预处理系统的处理能力。例如，企业可以在预处理系统中增设消泡剂与阻垢剂投加量控制系统，使控制系统通过滴加法、喷射法、流加法等方法控制消泡剂与阻垢剂的投加量，避免出现投加量过多等问题。其次，煤化工企业虽然完善了蒸发系统，但是大量的盐结晶后会附着在换热器的表面，导致换热器无法正常工作。所以需要优化蒸发系统当中的管线过滤器，确保管线过滤器的结构符合要求，并及时处理管线过滤器当中的截留杂质，减小其对换热器的影响[9]。

5.6 科学设置旁路

煤化工废水处理系统具有较长的工艺路线，如果其中某一部分出现问题，系统就无法运行。且煤化工废水处理系统属于末端系统，所以检修与维护机会相对较少。因此，需要在废水处理系统中设置一些旁路与跨线，从而降低检修难度。例如，可以在沉淀池等设施旁设置旁路与跨线，通过这些旁路与跨线解决堵塞等问题，提高系统稳定性。

5.7 降低处理成本

为了降低处理成本，减轻煤化工企业的经济负担，应不断优化处理工艺、降低处理系统的能耗，增强废水零排放处理的可行性。首先，应加大人才培养力度与技术研究力度。废水零排放需要专业人员的支持，因此相关部门需要引导高校重点培养零排放专业人才，为煤化工废水零排放提供人才支持。此外，煤化工企业也应积极引进专业的技术人才，并做好人员培训工作，为技术研发与创新奠定基础。同时，煤化工企业应加大技术研究力度，组织技术人员研究高效膜分离技术等先进的技术手段。其次，应完善排放设施。煤化工企业应增强自身的废水零排放意识，提高对废水零排放的重视程度，不断完善相关设施，例如煤化工企业应淘汰老化设施，做好设备更新工作。煤化工企业也需要做好设备检修与维护工作，增强设备运行的稳定性与安全性。此外，煤化工企业应健全废水零排放处理制度。健全的制度可以为废水处理工作提供指导，增强处理工作的科学性，继而降低处理成本。因此煤化工企业需要完善处理制度，例如零排放处理系统操作制度、废水处理监督制度等。

6 结语

我国在“十四五”发展规划当中，提出要将工业产业结构与生产方式转变为绿色低碳模式，从而提高能源利用效率。但大多数煤化工企业都存在能耗高、水资源需求量大等问题，因此煤化工企业应转变发展方式，充分发挥零排放技术在废水处理中的作用，通过高效膜分离技术等先进的技术手段优化废水处理，提高废水处理质量。