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            煤化工廢水處理關鍵問題解析及技術發展趨勢
            科諾科儀 / 2020-04-16

            介紹了煤化工廢水的水質特點,其治理難點體現在: 水質復雜,難降解有機物濃度高并且毒性大。從煤化工廢水處理技術的物化處理、生化處理和深度處理方面闡述了目前國內外煤化工廢水處理的工藝,并著重分析了A/O 法、SBR 法、生物膜法、物理吸附法、高級氧化法以及膜分離方法在工程運用中所存在的問題,展望了煤化工廢水處理技術未來的發展方向,表明了物化和生化處理技術的優化組合是該類廢水處理的必然趨勢。指出了煤化工廢水處理關鍵技術為泡沫的消除,多元酚的降解,酚類物質的毒性控制以及酚類物質降解的微生物培養,為煤制氣產業發展中廢水處理提供了好的借鑒與參考。

            關鍵詞: 煤化工廢水; 泡沫; 多元酚; 毒性; 微生物特性

            據調查,“十一五”期間國家批準的十幾家煤化工項目廢水達到國家要求“零排放”的企業未見報道,煤化工廢水處理穩定運行達標的企業也是為數不多。主要原因在于煤化工發展年限不長,煤化工廢水的水質隨著氣化爐工藝不同和煤質不同而變化,以及煤化工廢水中污染物降解機理研究的不夠深入,帶來了目前國內的煤化工廢水處理工藝五花八門,生活污水處理工藝、常規工業廢水處理工藝都在煤化工廢水處理中應用過。這就使得煤化工企業難以選擇廢水處理工藝,建成的煤化工廢水處理工程運行效果不穩定,存在難以達標等現象。

            目前,國內為數較多的煤化工企業由于廢水處理工程運行不穩定,無法達到零排放和達標排放,使得建成的煤化工企業正常生產無法運行。因此,煤化工廢水的“零排放”問題已經成為制約煤化工產業正常運轉的難點。

            “十二五”期間,我國將投資40 000 億元致力于煤化工企業的建設和發展,但是煤化工企業的廢水處理以及零排放將成為制約煤化工行業發展的瓶頸。

            1 煤化工廢水處理技術現狀

            近年來,國內外研究者不斷提出新的方法和技術用于處理煤化工廢水,但各有利弊。

            ① 普通活性污泥工藝難以承受如此高濃度的難降解物質,即使在短時間內取得較高的COD 去除率,但出水中難降解有機物含量依然較高、脫氮效率很低[1]。

            ② A/O 工藝能夠較好地去除氨氮,但出水COD 濃度仍難以滿足排放標準[2]。

            ③ SBR 工藝能夠較好地抗沖擊性負荷,但是抵抗酚毒性的耐受性較差,污泥容易流失[3]。

            ④ 生物膜法能夠較好地保持污泥量,但COD去除效率低,負荷低,難以處理大流量煤化工廢水[4]。

            ⑤ 物理吸附工藝雖能有效地降低出水COD,但存在吸附劑再生和二次污染等問題[5]。

            ⑥ 高級氧化工藝能夠快速氧化分解難降解有機物并提高廢水可生化性,但實際應用中運行費用過高,無法形成產業規模[6]。

            ⑦ 膜分離技術能夠較好地將各種污染物從廢水中分離出來,使得出水水質較好,但也存在嚴重的膜污染和使用壽命等問題[7]。

            生物+ 物化組合處理技術是煤化工廢水處理技術的必然發展趨勢,當煤化工廢水中難降解污染物或有機氮含量較高時,單純生物處理工藝將難以穩定達標,采用物化處理工藝能夠減少廢水中難降解有機物的含量和改善廢水可生化性,減輕生物工藝的處理負荷,為廢水達標排放或回用奠定良好的基礎條件[8]。

            2 煤化工廢水處理關鍵技術解析

            煤化工廢水處理關鍵技術的理論與應用研究對維持新型煤化工行業健康運行、實現真正的廢水“零排放”具有十分重要的意義。國內外對于煤化工廢水處理相關研究大多停留在試驗研究階段,將煤化工廢水中的特征污染物降解的關鍵技術研究成果寥寥無幾。

            2. 1 泡沫的消除

            煤化工廢水中含有大量的帶有羥基的雜環類物質、脂肪烴類物質和表面活性劑物質,這些物質是目前煤化工廢水生物處理裝置泡沫產生的元兇,應該在預處理段盡可能去除。但若采用常規隔油池和空氣氣浮工藝,空氣中的氧會使廢水色度加深,多元酚氧化轉化為中間產物苯醌類物質難以生化降解,增加了后續生物工藝處理的難度。根據煤化工廢水這一特點,哈爾濱工業大學研發的惰性氣體除油技術,不僅解決了煤化工廢水的除油問題,而且避免了廢水的預氧化,減小了后續處理的泡沫問題[9]。

            2. 2 多元酚的降解途徑

            煤化工廢水中的多元酚不能直接被微生物降解和使微生物增殖,只能通過厭氧共代謝而被轉化去除,采用簡單有機分子共基質強化多元酚的厭氧過程,不僅有效地控制了厭氧泡沫問題,還可有效降低多元酚抑制微生物增殖的難題,顯著提高酚類的底物利用率。針對煤化工廢水這一特點,哈爾濱工業大學研發的多元酚厭氧( EC) 共代謝機理與應用成果,可以顯著提高酚類物質的生物降解性能。這一成果獲得了國際同行的認可,獲得國際水質協會( International water association,IWA) 2012 年度東亞地區工程創新獎[10]。

            2. 3 酚類物質的毒性控制

            酚類物質對于微生物具有一定的毒性,高濃度的酚類物質可以殺菌和抑制微生物的增殖,目前運行的煤化工廢水處理裝置內微生物增殖緩慢,酚類物質殺菌是典型特征。為降低煤化工廢水酚類物質的殺菌特征,哈爾濱工業大學研發的生物增濃( BE)機理與應用成果,通過控制特定的水力條件、高生物添加劑、高污泥濃度、高污泥齡等參數,在最佳回流比和低氧狀態下,酚類物質的毒性得到有效降低。低氧狀態具有水解酸化作用,對難降解的COD 有較好的適應性; 低溶氧又創造了同步硝化反硝化脫氮的條件,在一定程度上實現了脫氮過程; 低溶氧曝氣有效避免了泡沫的產生; 生物增濃( BE) 工藝對含酚廢水處理效果十分顯著[11]。

            2. 4 酚類物質降解的微生物培養

            煤化工廢水含有大量難降解有機物,對于生物處理中的微生物篩選是一個嚴峻的考驗,自然界的微生物很難適應煤化工廢水中的特征污染物。因此篩選適應煤化工廢水的優選微生物是研究機構的難點,通過對中煤龍化哈爾濱氣化廠污水處理工藝中的菌種進行復合培養和保藏,進行微生物種群分析和16Sr RNA 基因序列測定,提交美國國立生物技術信息中心( National Center for Biotechnology Information)Genbank 數據庫進行BLAST 生物核酸數據庫進行對比。證明該微生物菌劑降解酚類物質的有效性,并能增強廢水處理裝置的抗沖擊性[12]。

            3 結語

            針對目前煤化工項目普遍缺乏水資源和水環境條件支撐的現狀,依托已有示范工程的典型案例,提出了煤化工廢水處理關鍵問題解析,并對將來的研究熱點和關鍵問題進行了展望。為了響應國家“節能減排”及“低碳經濟”,建議企業和研究機構結合實際工程應用,在理論研究與實際工程應用實現煤化工廢水零排放技術的成功銜接,為煤化工行業真正成為資源節約型、環境友好型產業,對緩解水資源危機和促進水資源良性發展有重要的現實意義。

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