煤氣化工藝技術(shù)主要有碎煤加壓氣化、水煤漿氣化、粉煤氣化等，其中碎煤加壓氣化技術(shù)成熟可靠，是目前世界上應(yīng)用數(shù)量最多的氣化工藝之一。雖然碎煤加壓氣化工藝具有可以使用劣質(zhì)煤氣化、生產(chǎn)能力較高、氧耗量低等優(yōu)點(diǎn)，但廢水排放量在幾種氣化工藝中最大，污染物組分也最為復(fù)雜，污染物濃度高，是目前廢水處理行業(yè)中公認(rèn)的高難度廢水之一。
隨著煤化工行業(yè)日益嚴(yán)格的廢水處理和回用要求，需要尋求更為穩(wěn)定可靠的處理工藝和手段。本文通過對碎煤加壓氣化廢水的水質(zhì)成分分析，提出了該類廢水處理和回用的工藝方案和對策，以及在工藝設(shè)計過程中應(yīng)注意的問題。
1、碎煤加壓氣化廢水的來源、組成及構(gòu)成分析
碎煤加壓氣化廢水的來源、組成及構(gòu)成與實際項目的產(chǎn)品、工藝路線及采用的煤種等有關(guān)，不同的項目水質(zhì)有一定的差別。
1．1 廢水來源
碎煤加壓氣化廢水主要來自酚回收裝置、低溫甲醇洗裝置、甲烷化裝置等排放的廢水，以及生活污水、廠區(qū)地面沖洗水、初期雨水等，其中酚回收裝置的塔底部排放的氣化廢水占整個煤制天然氣裝置廢水量的80％以上，是煤制天然氣廢水的主要來源。某煤制天然氣項目排放的廢水總量為980m3／h，其中酚回收裝置的塔底部排水量為800m3／h。
1．2 廢水水質(zhì)
某煤制天然氣項目實測碎煤加壓氣化廢水水質(zhì)主要指標(biāo)、廢水中有機(jī)物構(gòu)成及其CODCr當(dāng)量見表1、表2。
從表2可以看出，碎煤加壓氣化廢水中酚類（含衍生物）物質(zhì)占52％，喹啉類占24％，乙苯占5％，此外還含有少量的吲哚、吡啶等物質(zhì)，可見碎煤加壓氣化廢水成分復(fù)雜，有機(jī)物種類多，毒性大，污染程度高，處理難度大。
2、工藝方案的選擇
從碎煤加壓氣化廢水的水質(zhì)組分可以看出，廢水中含有油、懸浮物、CODCr、氨氮等污染物質(zhì)，并含有大量的難降解的有機(jī)物質(zhì)和有毒物質(zhì)，水質(zhì)成分復(fù)雜，對于該類廢水，廢水處理主要采用的工藝路線為三段處理，即預(yù)處理、生化處理、深度處理；廢水回用主要采用的工藝路線為預(yù)處理和脫鹽處理。
2．1 廢水處理
2．1．1 預(yù)處理
預(yù)處理的主要目的是去除對后續(xù)生化處理有影響的污染物，碎煤加壓氣化廢水中含有油和懸浮物，是預(yù)處理的重點(diǎn)。油的去除通常有隔油、氣浮等方法，通過隔油去除浮油，通過氣浮加藥去除廢水中的乳化油；懸浮物的去除通常有沉淀、氣浮、過濾等，其中氣浮加藥不僅可去除懸浮物，同時可以去除廢水中的膠體物質(zhì)，在去除懸浮物的同時去除廢水中的部分CODCr。上述方法可根據(jù)水質(zhì)、工藝的組合情況選用，但在氣浮工藝選擇時，需要注意處理過程中產(chǎn)生的大量泡沫。
2．1．2 生化處理
生化處理是利用微生物的新陳代謝作用，對廢水中的有機(jī)污染物和氨氮進(jìn)行分解轉(zhuǎn)化，使其最終轉(zhuǎn)化為CO2、H2O、N2等無害物質(zhì)。碎煤加壓氣化廢水CODCr的質(zhì)量濃度為3506mg／L，m（BOD5）／m（CODCr）值為0．33，屬可生化的廢水，可采用生化處理工藝，此類工藝主要有好氧處理法和厭氧處理法。根據(jù)實際運(yùn)行結(jié)果，單獨(dú)采用好氧或厭氧工藝對碎煤加壓氣化廢水處理難以取得預(yù)期效果，厭氧－好氧組合工藝被廣泛應(yīng)用于煤化工廢水的處理，并取得了較好的處理效果。
厭氧工藝普遍基于上流式厭氧污泥床工藝并對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)，好氧工藝主要包括基于活性污泥法的序批式活性污泥法（SBR）、循環(huán)式活性污泥法（CAST）、A／O（或多級A／O）、A2／O、MBR以及部分基于生物膜法的接觸氧化等，好氧工藝呈現(xiàn)出豐富的多樣性。根據(jù)實際調(diào)研結(jié)果發(fā)現(xiàn)，目前A／O工藝在煤氣化、焦化廢水處理中均有大量應(yīng)用，其運(yùn)行穩(wěn)定可靠，總氮脫除率高，投資及運(yùn)行成本適中，操作控制容易，應(yīng)用最為普遍。
2．1．3 深度處理
碎煤加壓氣化廢水中含有大量難生化降解物質(zhì)，單純采用生化處理手段很難達(dá)到出水要求，一般經(jīng)過厭氧、A／O生化處理后，CODCr去除率在90％左右，生化出水CODCr的質(zhì)量濃度在200～400mg／L。采用絮凝沉淀，在合適的條件下，CODCr的去除率可達(dá)50％以上；采用單級活性炭吸附可去除40％的CODCr；臭氧氧化生化出水時，可明顯提高BOD5濃度，臭氧和BAF聯(lián)用的工程結(jié)果表明，臭氧投加量為15～20mg／L時，CODCr的去除率為30％～40％。對碎煤加壓氣化廢水的深度處理，必須采用絮凝沉淀、氣浮、過濾吸附、臭氧、BAF等工藝及其組合，方可保證出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。
綜上所述，根據(jù)實際工程案例，碎煤加壓氣化廢水處理可采用如圖1所示的工藝流程。
2．2 廢水回用
廢水回用除了CODCr等指標(biāo)需要滿足回用水要求外，廢水中的無機(jī)離子是影響回用的主要因素，表1的煤氣化廢水分析結(jié)果表明，廢水中無機(jī)物主要為重碳酸鹽、氯化物、硫酸鹽、硅酸鹽、鈉鹽、鈣鹽、鎂鹽、鐵鹽等，總硬度達(dá)158mg／L，全鹽量高達(dá)3542mg／L。含鹽量和某些離子不能滿足回用水水質(zhì)要求，盡管有些離子（如鐵離子）在廢水處理過程中可去除，但大多數(shù)的離子無法去除，需要進(jìn)一步處理。
2．2．1 預(yù)處理
預(yù)處理主要去除對后續(xù)脫鹽處理有影響的污染物，包括硬度、懸浮物等。碎煤加壓氣化廢水硬度及堿度均較高，石灰澄清軟化是技術(shù)可行且最經(jīng)濟(jì)的預(yù)處理方法，目前國內(nèi)已運(yùn)行的煤化工廢水回用處理大多采用此工藝，且出水效果好，總硬度（以CaCO3計）可控制在80mg／L以下。澄清出水濁度一般在10NTU左右，可采用過濾進(jìn)一步降低濁度，經(jīng)過濾出水濁度可控制在2NTU以下，過濾的工藝有砂濾、多介質(zhì)過濾、纖維過濾等，可根據(jù)水量、水質(zhì)等情況選用。
2．2．2 脫鹽處理
目前，在我國已經(jīng)應(yīng)用的水的除鹽工藝有化學(xué)脫鹽（即離子交換脫鹽水處理）、膜分離技術(shù)（作為鍋爐補(bǔ)給水處理的預(yù)脫鹽）、蒸餾法脫鹽，以及膜法和離子交換法結(jié)合的脫鹽工藝等。離子交換水處理技術(shù)已相當(dāng)成熟，適合用于水中含鹽量不高的場合，但在處理高氯高鹽高硬水時需消耗大量酸、堿，再生液會污染環(huán)境；膜分離技術(shù)設(shè)備緊湊，操作方便，工作環(huán)境安全，節(jié)約能耗和藥劑，其主體分離工藝是反滲透技術(shù)，作為反滲透預(yù)處理工藝的有超濾技術(shù)。對于碎煤加壓氣化廢水，含鹽量較高，宜選擇膜法作為脫鹽工藝，可以根據(jù)水質(zhì)的不同采用各種不同的流程。
綜上所述，根據(jù)實際工程案例，碎煤加壓氣化廢水回用處理可采用如圖2所示的工藝流程。
3、設(shè)計中應(yīng)注意的問題
3．1 選擇合適的預(yù)處理工藝
碎煤加壓氣化廢水預(yù)處理的關(guān)鍵是選擇合適的事故池和勻質(zhì)調(diào)節(jié)池，其容積的大小是均勻水質(zhì)和生化處理過程穩(wěn)定的保證，因此需要通過分析工藝排水規(guī)律和事故水的頻次確定合理的事故池和勻質(zhì)調(diào)節(jié)池容積。此外，預(yù)處理需要考慮油、懸浮物的去除等。
3．2 注意厭氧的合理設(shè)計
厭氧可以降低毒性物質(zhì)對生物處理特別是硝化脫氮過程的影響，因此，要想充分發(fā)揮厭氧池的功能，保持足夠量的厭氧污泥是必要的。建議在厭氧池中放置填料或者采用上流式結(jié)構(gòu)形式。
3．3盡量減少或避免廢水鹽分增加
廢水處理過程中投加必要的藥劑是不可避免的，但鹽分的增加會給廢水回用處理帶來難度，因此，選擇的廢水處理工藝、藥劑必須考慮對廢水回用的影響，盡量選擇對回用水質(zhì)影響較少的廢水處理工藝和藥劑。Fenton法可有效去除水中的有機(jī)物，但Fenton法的控制條件決定了需要投加大量酸堿調(diào)節(jié)pH值，增加了廢水中的鹽分，工藝選擇時需慎用。
3．4 強(qiáng)化脫鹽工藝的預(yù)處理
預(yù)處理是超濾反滲透工藝的前處理，需要根據(jù)選擇的膜參數(shù)和要求設(shè)置合適的預(yù)處理工藝，對于碎煤加壓氣化廢水，由于廢水中硬度較高、含有硅酸根離子等，在反滲透過程中由于濃縮作用會出現(xiàn)沉淀析出，產(chǎn)生結(jié)垢現(xiàn)象，需要根據(jù)水質(zhì)情況設(shè)置如軟化、過濾等前處理設(shè)施。
4、結(jié)語
（1）碎煤加壓氣化廢水中含有大量的有機(jī)污染物，濃度高，毒性強(qiáng)，可生化性較差，采用單一的生化處理工藝不能保證廢水達(dá)標(biāo)排放，需要采用毒性消除、提高廢水可生化性、物理化學(xué)等手段。
（2）調(diào)節(jié)、隔油、氣浮、厭氧、A／O、加藥氣浮、臭氧、BAF、過濾吸附等工藝，可改善廢水生化性能，去除CODCr，實現(xiàn)硝化脫氮，并可通過物化方法去除廢水中微量的難降解有機(jī)物，保證廢水達(dá)標(biāo)。
（3）廢水回用應(yīng)根據(jù)廢水中鹽分含量和離子組成選擇合適的回用水預(yù)處理工藝，除鹽工藝可選擇超濾反滲透工藝。
（4）在進(jìn)行碎煤加壓氣化廢水處理的設(shè)計過程中需要注意事故池和勻質(zhì)調(diào)節(jié)池的合理設(shè)置、厭氧池的設(shè)計、廢水處理過程鹽分的增加，選擇合理的避免鹽分增加的處理工藝。（來源：東華工程科技股份有限公司）
