南京水處理解析煤化工廢水處理技術
【www.fvqao.cn南京純水設備】目前我國能源的基本格局為“富煤、少油、有氣”，以至于能源工業更大程度地依賴煤化工，因此在我國工業發展中煤化工占很大比例。當前國內煤化工領域應用最多的氣化工藝為SHELL、GSP、WHG、HT-L等幾種加壓粉煤氣化技術，在帶來潔凈能源的同時，也造成了嚴重的環境污染，尤其是生產過程排出廢水對環境的惡劣影響。
煤化工生產過程中排放的廢水成分復雜，屬難生化降解的高濃度工業廢水。單純依靠物化法和生化法的結合處理很難達排放標準，南京水處理設備以至煤化工廢水的排放處理問題一直是國內廢水處理領域的一大難題。
1 廢水來源及組成特點
煤化工綜合廢水主要是生產廢水、生活廢水、清凈下水和雨水等：
其中生產廢水占大部分，主要來源于煤氣化、合成車間;
清凈下水主要來自循環冷卻水系統的外排廢水和脫鹽水站的濃鹽水。
煤化工綜合廢水成分復雜，按污染物性質可分為有機廢水和含鹽廢水。
化工廠綜合廢水中生產廢水占60%以上，所以廢水組成特點在很大程度上取決于生產廢水的組成，而生產廢水的組成主要取決于煤氣化工藝和煤種的選擇。國內主要煤氣化工藝中SHELL、GSP、WHG和HT-L等煤氣化工藝由于氣化溫度高，所以原料煤轉化徹底，產生的廢水組成簡單，不含或只含少量大分子有機物，但污染物質的含量遠遠高于排放或回用標準。
煤化工綜合廢水偏堿性，色度大，COD含量高，有大量的固體懸浮物、氨氮和溶解性鹽類物質，含少量油類和酚類。
正常情況下影響廢水排放的關鍵指標是氨氮和COD，《中華人民共和國國家標準廢水綜合排放標準GB8978-1996》規定二者的排放標準分別為15mg˙L-1和100mg˙L-1;
影響廢水回用的關鍵指標是氨氮、COD和TDS，《工業循環冷卻水處理設計規范GB 50050-2007》規定三者的回用標準分別為5 mg˙L-1、30 mg˙L-1和1000 mg˙L-1，所以上述煤化工綜合廢水需要經過相關的處理才能排放或回用。
2 國內煤化工廢水處理工藝及存在問題
2.1 當前煤化工廢水處理工藝
煤氣化中水回用處理
SHELL、GSP、WHG和HT-L四種煤氣化工藝反應溫度高，原料煤轉化徹底，反應產物主要是CO和H2，不含或只含少量復雜的烴類物質，所以在激冷或粗煤氣洗滌過程中形成的廢水成分簡單，處理容易。煤氣化廢水處理目的是去除氨氮，分離出固體熔渣，目前較多采用汽提法或閃蒸法。河南龍宇煤化工有限公司采用汽提和沉降工藝結合的方式對SHELL煤氣化產生的廢水進行處理，處理后中水大部分回用，且系統被證明可長周期、安全、穩定運行。
國內應用最多的工藝是兩級閃蒸之后進行混凝沉降。兗礦國泰化工有限公司采用兩級閃蒸除去GSP煤氣化黑水中的可溶性氣體，閃蒸后的灰水則送入沉降槽，加入少量絮凝劑(如聚氯化鋁或PAM)以加速灰水中細渣的絮凝沉降。合肥純水設備沉降槽下部沉降物經壓濾機濾出并壓制成渣餅。沉降槽上部的清水進入緩沖罐進而返回激冷室循環利用。
有機廢水的處理
煤氣化工段的部分外排污水、生產裝置污水、地面沖洗水和生活污水等構成高COD和高氨氮的有機廢水，處理目標是降低COD和氨氮類物質濃度，使其達到排放或含鹽廢水處理段的進水要求。
有機廢水來源較廣，水量、水質等指標容易大幅度波動，可能對下游設施造成較大影響，甚至會使整個系統癱瘓，所以一般情況下有機廢水在進行物化預處理前先通入調節池。物化預處理包括隔油、氣浮、過濾和沉淀等，可根據具體水質并結合經濟成本，選擇其中一個或幾個工藝結合。物化法工藝簡單，是煤化工廢水進行生化處理前不可或缺的環節。
生化處理是有機廢水處理的核心部分，根據廢水污染物組成特點及現場場地情況可選擇A/O、A2O、MBR、SBR和氧化溝等生化處理技術的組合，但要求工藝必須具有硝化和反硝化能力，必要時可外加碳源來提高氨氮類物質的去除率。多種多樣的生化處理技術是在活性污泥法的基礎上發展起來的，前人對生化技術在水處理領域做了大量的研究工作，并在某些化工廢水處理項目中也得到了應用。污水經過組合的生化工藝處理后，氨氮及COD指標均有顯著下降。
煤化工廢水經過物化預處理和生化處理后，再進行常規混凝沉淀即可達到排放標準;若使水回用，還需進行深度處理和除鹽處理。深度處理目的是進一步降低污水中氨氮和有機物的含量，當前應用較多的是適合處理輕污染廢水的曝氣生物濾池工藝(BAF)。至此，煤化工污水中的氨氮和COD含量已基本滿足回用水標準要求，但溶解性鹽類含量仍較高，需進行進一步脫鹽處理。
含鹽廢水的處理
經脫氨氮和COD后的有機廢水、循環排污水和化學水站排放的污水統稱為含鹽廢水，主要特點是氨氮和COD含量低，但溶解性鹽類含量較高，TDS值達500-5000mg˙L-1，并含有一定量的固體雜質。含鹽廢水經混凝沉降后即可排放，但若作為化工生產的回用水則需進行除鹽處理。
含鹽廢水的處理方法主要有膜分離法、離子交換法和蒸餾法等工藝。膜分離主要有超濾和反滲透，國內應用較多的是二者組合的雙膜工藝。南京反滲透設備在廢水進入雙膜之前，除需進行絮凝沉淀或過濾除去懸浮固體，還要嚴格控制廢水中COD含量，以防超濾膜和RO膜遭到破壞或污染。膜分離技術進行分子級過濾，在獲得合格回用水的同時也會產生濃度更高的濃鹽水。實際應用中，通過雙膜后約65%左右的水可直接作為生產水回用，余下35%的濃鹽水TDS值相比進水增大數倍，需進行進一步除鹽處理。高效膜濃縮工藝及水軟化技術的配合使用可大大提高濃鹽水的回收率，最高可達95%。
當前處理高濃鹽水的主要方法是蒸餾法，包括自然蒸發和機械蒸發，這種傳統的方法對于處理高濃度鹽水效果顯著。自然蒸發是通過建設蒸發塘，利用太陽能將高濃鹽水逐漸蒸發，結晶后填埋。工藝簡單，運行費用低，但占地面積過大，蒸發效率低，只能適合在土地廉價、陽光充足的地方應用。機械蒸發是通過外加能量，使高濃鹽水在蒸發裝置內加速蒸發，國內目前主要有蒸汽壓縮蒸發工藝、多效蒸發工藝和多效閃蒸工藝，在已有的工程應用中運行尚可。
2.2 存在問題及分析
中水回用鹽離子對設備的影響
煤氣化廢水處理后的黑水鹽離子含量高，在高溫條件下很容易造成設備管線沉積或結垢堵塞，還會造成沖刷腐蝕和垢下腐蝕。水中Cl-積累到一定濃度后會逐漸對管道、氣化設備內壁造成不可預測的破壞，所以煤氣化污水循環利用導致設備管線和內壁腐蝕現象較嚴重。
黑水中固體顆粒多為煤氣化后的熔渣，平均粒徑為20μm左右，可在黑水進入閃蒸罐之前進行混凝后過濾，如此可大幅度減小污水中固含量，為閃蒸系統減輕管道磨損，延長使用壽命。中水回用進入激冷罐之前可設調節池，計量加入必要的化學藥劑控制Cl-及易結垢離子的含量，來降低對氣化設備內壁的腐蝕，生產實踐表明控制Cl-含量在10-9 mg˙L-1內對防范晶間腐蝕有良好效果。
工藝冗長
煤化工綜合廢水需經過至少10道工藝才能處理至國家廢水排放標準，需至少25道工藝才能處理至國家工業循環冷卻水回用標準，工藝復雜，流程冗長，存在初始建設投資大、后期維護任務重、占地面積廣等不利因素。
煤化工綜合廢水處理工藝中，有機廢水在生化處理之前和含鹽廢水雙膜處理之前均需進行隔油、氣浮、沉淀或砂慮處理，目的是去除廢水中固體顆粒物、油脂和各種膠狀物等。工藝涉及的設備如平流沉淀池占地面積大，處理效率低，停留時間至少需1-3h，不適合當今大部分化工廠對污水處理效率高、占地面積小和后期維護簡單等要求，所以需要一種高效分離設備代替物化預處理工段以簡化工藝。
政策低于預期
煤化工綜合廢水處理技術雖然已經成熟，但目前國內絕大部分化工廠排放的廢水不能達到國家標準要求，或未把廢水處理回用作為企業解決污水問題的戰略方向，這不但與煤化工廢水處理投資高、能耗高直接相關，在一定程度上也與當前相關政策息息相關。南京EDI水處理設備煤化工廢水處理外排或回用費用遠遠高于新鮮水價格和排污費，導致許多先進適用的廢水處理技術和設備無法發揮應有的作用。
相信在水資源短缺、水污染形勢嚴峻和用水成本大幅提高的形勢下，更加健全的法律法規將會應運而生，所以從當前法律、經濟和環保的發展形勢看，綜合廢水排放或回用處理將是未來煤化工項目發展的重要組成部分。
煤化工項目產生大量成分復雜的廢水可進行分質處理，煤氣化黑水一般經過簡單處理后作為中水回用，有機廢水處理的主要目的是除去COD和氨氮類物質，含鹽廢水處理旨在除去廢水中的溶解性鹽類。我國煤化工項目分部較廣，各地區廠家可根據當地水資源情況選擇廢水處理后排放或者循環回用。
污水水處理技術和設備的發展已比較成熟，但仍存在不合理的地方，在煤化工廢水處理的研究方面，科研人員可借鑒諸如燭式過濾器、高級氧化法等在其它水處理領域應用的成功經驗，以便研究出處理效果更好的工藝。除此之外，在更加健全的法律法規的配合下，已有煤化工廢水處理技術和設備發揮作用，同時鼓勵和支持水處理新技術研究，爭取實現在低成本、低能耗的條件下完成煤化工綜合廢水的處理。
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