近幾十年來,隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，我國對于資源和能源的消耗急劇增加。作為一個“富煤貧油”國家，發(fā)展煤化工對我國降低能源依賴、緩解環(huán)境污染具有積極的推動意義。
煤化工產(chǎn)業(yè)主要是以煤作為原料，經(jīng)加工轉(zhuǎn)換成氣體、液體、固體能源或化工產(chǎn)品。近年來，眾多大型煤化工項目尤其是煤氣化項目在我國各地不斷出現(xiàn)，使我國成為全球最大發(fā)展煤化工的國家。數(shù)據(jù)顯示，當前我國煤制天然氣產(chǎn)能約為1500億立方米、煤制烯烴產(chǎn)能將近3000萬噸。
1、煤化工廢水“零排放”的重要意義
煤化工產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，對于我國經(jīng)濟社會發(fā)展帶來了重要的推動力，但同時對于水資源的消耗也急劇攀升。有數(shù)據(jù)顯示，我國煤化工產(chǎn)業(yè)中，每噸產(chǎn)品的耗水量超過10噸。而我國煤炭儲量大的西北地區(qū)，卻普遍存在水資源較為短缺的問題。同時，這些地區(qū)缺少受納水體，且環(huán)境脆弱，廢水經(jīng)處理后無處排放。因此，要解決該地區(qū)水資源短缺的問題，同時避免對當?shù)丨h(huán)境帶來破壞，對于煤化工廢水處理后回用，實現(xiàn)“零排放”顯得尤為必要。
2、煤化工廢水處理
2.1 煤化工廢水的特點
煤化工生產(chǎn)工藝多樣，不同的工藝裝置均會產(chǎn)生大量的廢水，但廢水組分也有所差異，具有污染物種類多、濃度高，并且存在大量有毒有害污染物質(zhì)等特征。通常其來源主要包括氣化廢水、工藝裝置廢水，車間沖洗水等。此外，還含有雨水、生活污水及部分清凈下水。其中，氣化廢水是煤化工廢水的主要來源，占比超過60%。作為原料的煤中通常含有氮、硫及一些金屬等物質(zhì)。其中一部分氮被轉(zhuǎn)化為氨、氰化物等；而金屬則轉(zhuǎn)化為金屬化合物。此外，廢水中還含有一些難降解化合物如吡啶類化合物、油類物質(zhì)等。
2.2 煤化工廢水“零排放”處理技術(shù)
我國具備較為豐富的煤炭資源，傳統(tǒng)意義上的煤炭利用較為粗放，因此也帶來了嚴重的污染。而發(fā)展煤制天然氣，對于緩解我國原油短缺的能源結(jié)構(gòu)形勢具有重要意義。此外，煤制天然氣還具有熱能利用率較高的優(yōu)勢，對于廢熱還可進行循環(huán)利用，對于我國天然氣氣源也具有良好的補充作用。作為現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)的龍頭，煤氣化消耗水量大，產(chǎn)生的廢水也多。
煤氣化工藝可分為高溫和低溫氣化兩種，其中高溫氣化廢水中COD、酚等含量較低。而隨著魯奇爐煤氣化工藝裝置越來越成熟，其應(yīng)用也日益廣泛。但由于魯奇爐煤氣化工藝煤氣化溫度較低，因此，其廢水成分更復(fù)雜，廢水處理難度加大。魯奇爐工藝廢水中氨和酚含量較高，因此需要在預(yù)處理階段對氨和酚進行回收處理。通常魯奇爐煤氣化廢水COD可高達4000-6000mg/L，氨氮含量可達200-250mg/L，總酚約為800-1000mg/L。此外，廢水的色度大，含有大量油類物質(zhì)。因此，在對廢水的預(yù)處理系統(tǒng)中還要設(shè)置焦油回收裝置。而流化床和氣流床等煤化工工藝廢水中氨含量高，因此需對氨進行回收處理。
（1）有機廢水處理。
由于煤化工廢水有機物含量高，因此主要以生化法對有機物進行去除。通常采用預(yù)處理+生化法+深度處理系統(tǒng)對廢水進行處理。固定床工藝中，氨、酚含量高。由于這兩種物質(zhì)無法直接生化處理，因此，需對其進行回收處理。可采用蒸氨工藝對廢水中的氨進行回收，采用萃取法分離酚。通過降低氨酚濃度，確保后續(xù)生化處理順利進行。而流化床和氣流床主要是氨濃度較高，則主要需進行氨回收。
通過生化法處理，可以去除大部分有機物。煤化工廢水中有機物含量高，但還存在一些難降解的有機物。因此，通常采用厭氧-好氧工藝，即結(jié)合硝化和反硝化機理來進行難降解有機物處理。對于油類，則采用隔油、氣浮等工藝來進行去除。由于經(jīng)生化法處理后廢水指標并不能完全滿足達標回用要求。因此，要實現(xiàn)廢水的回用和“零排放”，還需對廢水進行深度處理。常用的深度處理工藝有過濾、混凝沉淀，超濾、納濾、反滲透等處理技術(shù)。
（2）濃鹽水處理。
煤化工濃鹽水主要來自除鹽水系統(tǒng)排放、回用系統(tǒng)濃水等。濃鹽水處理通常包含濃鹽水濃縮處理及固化兩個步驟，以及結(jié)晶鹽的處理。而這也是對煤化工廢水實現(xiàn)“零排放”處理的難點。對于濃鹽水的濃縮處理，常用的處理工藝有反滲透、納濾膜濃縮工藝等。此外，對于高濃度鹽水的固化處理，還有熱法濃縮工藝技術(shù)，如多效蒸發(fā)、膜蒸發(fā)等。通過上述濃鹽水濃縮處理的方式，可以實現(xiàn)良好的清水回收率。但有研究顯示，目前我國煤化工濃鹽水蒸發(fā)結(jié)晶工藝技術(shù)尚不成熟。要最終實現(xiàn)濃鹽水的“零排放”，還需配套蒸發(fā)塘等工藝，即利用太陽能來使高濃鹽水蒸發(fā)結(jié)晶。
3、“零排放”處理技術(shù)在煤制天然氣項目中的應(yīng)用
3.1 項目概況
以我國西部某省某煤制天然氣項目為研究對象，該項目年產(chǎn)煤制天然氣20×108Nm3。該項目主要采用魯奇爐氣化工藝技術(shù)裝置進行生產(chǎn)，所采用的原料和燃料均為褐煤。項目主要產(chǎn)品為天然氣，副產(chǎn)品包括硫磺和石腦油等。產(chǎn)品主要制取工藝為：加壓氣化+變換冷卻+甲醇洗+甲烷化。本項目污水主要來源是工藝裝置中的煤氣洗滌水。廢水經(jīng)氣水分離、脫酚除氨及酸性氣后送至污水處理系統(tǒng)。
3.2 項目廢水“零排放”處理工藝
本研究中，該煤制天然氣項目采用魯奇爐氣化工藝，屬于中低溫工藝。因此該項目廢水中氨酚含量高，并存在大量焦油。而氨酚的存在對生化處理具有抑制，因此，對于項目廢水首先采用萃取法和蒸氨法分別對酚和氨進行脫除處理。再采用隔油沉淀池和氣浮等工藝裝置進行除油處理。之后，采用兩級生化法和深度處理工藝來實現(xiàn)廢水的達標回用和“零排放”。
本項目污水處理系統(tǒng)主要包含污水處理站、回用水站和濃鹽水站三個處理單元。其具體處理工藝如下圖2-1、2-2和2-3：
本項目廢水處理系統(tǒng)的設(shè)計處理能力為1200m3/h。其中，CODcr<4000mg/L，BOD5<1500mg/L；氨氮濃度為200-350mg/L。
項目主要采用預(yù)處理+生化處理+深度處理的技術(shù)路線。由于本項目COD和氨氮等濃度較高，因此作為煤制天然氣廢水處理的核心，本項目廢水生化處理部分采用具備硝化和反硝化功能的A/O工藝。
由于廢水中COD含量高，為增強可生化性，在預(yù)處理部分對廢水進行除油和水解酸化。設(shè)置隔油池和氣浮池各一座；設(shè)置水解酸化池2座，每座設(shè)計容積9000m3，設(shè)計停留時間15h。生化處理部分，采用兩級A/O工藝。其中，一級A/O工藝設(shè)計停留時間為40h；一級A/O工藝設(shè)計停留時間20h。通過兩級生化，可實現(xiàn)COD去除率分別在75%和70%以上；氨氮去除率分別可達到75%和80%。
經(jīng)生化處理后污水深度處理回用系統(tǒng)則采用澄清+氧化消毒+兩級過濾+反滲透工藝。處理系統(tǒng)采用臭氧發(fā)生器，設(shè)計投加濃度35mg/m3。同時，設(shè)置曝氣生物濾池5座，設(shè)計處理能力300m3/h。經(jīng)處理后出水COD<60mg/L，氨氮<5mg/L。
4、結(jié)論
煤化工廢水組分復(fù)雜，通常含有氨酚等，以及吡啶類、油類等難降解有機物，處理難度大，因此對其進行“零排放”處理具有重要意義。目前通常采用預(yù)處理+生化處理+深度處理（高濃鹽水處理回用）工藝。要結(jié)合不同生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的不同廢水情況，采用適宜的處理技術(shù)，最終實現(xiàn)煤化工廢水的回用和“零排放”。
