晨晰环保：煤化工废水零排放技术解决方案

导读：

煤化工是使煤转化为气体、液体和固体燃料以及化学品的过程，是实现煤炭资源清洁利用的重要手段。然而，在煤化工生产过程，吨产品耗水量在5-20吨之间，煤制油、煤制烯烃、煤制甲醇、煤制乙二醇和煤制天然气单位产品取水量，分别约为9.4立方米/吨、20立方米/吨、10立方米/吨、20.8立方米/吨和8.6立方米/千标方。煤化工企业的正常运转需要排放大量废水。煤化工废水中的污染物主要有酚和氨，另外还有300多种污染物质，像是焦油、苯酚、氰化物、硫化物、COD等，那么势必会加大煤化工废水的毒性，容易对环境造成严重影响。

一、煤化工废水分类及特点

煤化工废水主要分为有机废水和含盐废水两类：有机废水主要包括气化废水（占比60%以上）、化工装置废水、地面冲洗水、初期雨水及生活污水等，其特点是COD和氨氮浓度较高，盐离子成分复杂；含盐废水包括生化处理达标废水和清净废水，总溶解固体(TDS)含量1~3g/L，其中，含盐废水又包括低盐废水、浓盐废水和高浓盐废水。 我国煤炭储量大且西北、华北地区却普遍存在水资源较为短缺的问题。同时，这些地区缺少受纳水体，且环境脆弱，废水经简单处理后无处排放。因此，要解决该地区水资源短缺的问题，同时避免对当地环境带来破坏，煤化工企业废水处理后回用，实现“零排放”就显得尤为必要。

二、晨晰环保煤化工废水零排放解决方案

北京晨晰环保工程有限公司(简称“晨晰环保”) ，是专注于煤化工、焦化、钢铁、化工等行业“高难度工业废水处理、高盐废水分盐零排放、工业烟气近零排放、环保工程建设与运维“领域的国家高新技术企业，专精特新中小企业。为解决煤化工、焦化行业废水零排放实施过程中存在的氨氮浓度高、难降解有机物分解脱除困难、酚类物质浓度比较高，对生化系统具有明显的抑制作用等难题。晨晰环保推出了包含有机废水治理、含盐废水治理、再生水回用及工业提盐的一体化工业废水零排放解决方案。该工艺组合将煤化工生产过程中所产生的废水、污水、清净下水等经过处理后全部回用，对外界不排放废水。废水“零排放”，既解决了一部分水资源短缺问题，又不对当地的环境和生态造成污染和破坏，对于在建和拟建的煤化工项目，具有极为重要的现实意义和深远的历史意义。

根据煤化工废水“零排放”解决方案分为有机废水治理、含盐废水治理、中水回用、废水提盐等几个技术及工艺构成，如图：

图一：煤化工企业废水治理工艺流程图

2.1、有机废水处理技术 有机废水成分复杂，处理难度较高，主要包括气化、化工装置废水及地面冲洗水、初期雨水等。有机废水不会一次性处理完成，需通过“预处理(物化处理)+生化处理+深度处理”三个环节进行处理。

预处理：煤气化产生的废水不经过预处理直接进行生化处理是不可行的，尤其是氨和酚浓度很高的固定床工艺废水。对污水用隔油、气浮、沉淀的方式进行初步处理，主要目的是去除乳化油和悬浮物(SS)及胶态COD。在此工段中，晨晰环保先采用隔油、气浮工艺对污水进行初步的处理后，污水经均匀调节后进入ACS厌氧反应器完成水解酸化，进而在反应器内部完成泥-水-气分离的过程。ACS厌氧反应器具有进水浓度高、污泥的利用率高、适应性强、能耗低、运行费用低、启动快、操作简单等优点。ACS厌氧反应器较好的解决了现有厌氧工艺中污泥容易流失、处理效率不高的的缺点。

生化处理：针对焦化废水氨氮含量较高的情况，晨晰环保采用AmOn同步硝化反硝化工艺。该工艺设有多段串联的一体化反应器。利用气升曝气技术，在每一段的不同深度均营造出缺氧/好氧条件。曝气器位于每一段的中间，其上方和两侧的上半部分为好氧区，其下方和两侧的下半部分为缺氧区。在该形式下，第一段的好氧区仅氧化部分氨氮，消耗部分碱度，经第二段的缺氧区回收碱度和氧后再进入第二段的好氧区，继续进行硝化反应如此推流到反应器末端。每一段近似为完全混合，但从整体来看接近于推流状态。这样通过充分利用反硝化作用，减少对进水碱度的需要量，同时减少曝气和回流的能耗。同传统的A/O工艺相比，Amon同步硝化反硝化工艺具有同步硝化-反硝化功能，供氧量降低25%，有机碳源需求降低60%; 氨氧化的反应过程，仅需部分半硝化，供氧量降低62.5%，脱氮不需有机碳源和碱；物料消耗和能耗低；出水水质好，占地面积小等优势。

图二：Amon同步硝化反硝化工艺流程图

深度处理：生化出水中COD、氨氮质量浓度一般可降至100 mg/L、15 mg/L，但距离作为循环补充水要求还有一定的差距，需进行深度处理。晨晰环保采用臭氧催化氧化工艺，利用臭氧自身的强氧化特性，能够氧化大多数有机物，特别是可以氧化难以降解的物质。在氧化体系内加入过渡金属离子，能够对臭氧氧化产生明显的催化效果，可以催化臭氧在水中的自分解，增加水中产生的碱浓度，从而提高臭氧氧化效果。焦化废水中难降解有机物及色度经生化处理难以去除，进行臭氧臭氧催化氧化工艺去除效果良好，且反应迅速，对PH要求不严格，结合曝气生物滤池( BAF)可以明显降低出水的CODcr。具有无二次污染，无污泥产生，药剂消耗低，操作简单等优势。经以上工艺处理后，COD、氨氮和TDS的控制指标，分别为30mg/L、5 mg/L和1000 mg/L。完全满足GB50050—2007《工业循环冷却水处理设计规范》规定，废水可以达标排放或输送至中水回用装置处理后回用，可作为循环冷却水补充水、生产和生活杂用水、绿化用水。

2.2 含盐废水处理工艺 含盐废水是指水中有总含盐质量分数至少为1%的废水，主要包括生产过程煤气洗涤水及循环水、除盐水系统排水等。含盐废水主要毒物是如氯盐或硫酸盐等高浓度的无机盐，不同盐分浓度的含盐污水在具体处理工艺选择上差别很大，因此在进行处理工艺的选择时需特别注意。晨晰环保采用“低盐废水处理+浓盐水处理+高浓盐水固化处理”三段式进行。

2.2.1 低盐废水处理工艺： 生化处理出水和清净废水混合之后变成低盐废水，相对高浓盐水而言，其特点主要是盐分含量相对较低。晨晰环保采用预处理(软化除硬度)和膜分离技术(超滤+反渗透)的处理工艺将低盐废水进行深度处理。其中预处理是进一步去除废水中悬凝物和胶体。使污水通过一定高度的过滤介质层，通过截留、吸附等作用去除其中悬浮颗粒、胶体等杂质。超滤主要是进一步去除水中的SS、胶体及COD，为反渗透进水提高保障。反渗透的主要功能是脱盐，实现废水的回收利用，此过程中水回收率可达90%以上。处理后的废水COD<10 mg/L以下，ρ(氨氮)<5 mg/L，产水水质满足《工业循环冷却水处理设计规 范GB50050-2007》水质要求，可作为循环水补充水、锅炉原水及绿化用水等。剩下的高浓盐水排放的浓水可送去备煤或浓缩结晶。中水回用工艺流程图如下：

图三：中水回用工艺流程图

2.2.2 高浓盐水处理与提盐： 煤化工高盐废水含盐量通常高达10000 mg/L～50000 mg/L，或者质量分数高达20%以上，COD含量也较高，达到300 mg/L～2000 mg/L。高盐废水主要来自中水回用装置反渗透浓水、脱硫废水等，其有效处理是实现“零排放”的关键。晨晰环保的高盐废水零排放工艺可分为预处理、膜浓缩、低温蒸发结晶3个工艺段。预处理主要是去除废水中的悬浮物、钙镁离子、硅和有机物等；膜浓缩则是一种高效纯化浓缩的技术，主要是最大限度浓缩高盐废水，从而减少系统的投资和运行费用。目前国内运行煤化工废水项目TDS大多在3×10-4mg/L～10×10-4mg/L居多，为此晨晰环保采用了普通反渗透RO+高效反渗透处理工艺。该工艺可以满足煤化工企业对水质及成本的综合考量，灵活调控TDS浓缩到多少后再进入低温蒸发系统，较好的取得了治理效果与治理成本间的平衡；晨晰环保采用的低温蒸发结晶工艺，能够将母液/高浓盐水中的大量盐分蒸发结晶出来作为固废处置，也可以根据煤化工企业的需求增加提盐工段用于产出工业盐，提升产品附加值。该低温蒸发工艺具有不易阻塞结垢、能耗低、运行效率高、可实现无人值守的优势（如图）。

图四：低温蒸发结晶工艺流程图

三、结语

中国国情决定了我国是个水资源严重匮乏的国家，煤化工行业是我国能源领域的重要支柱性产业，其所带来的水污染问题又必须尽早解决。晨晰环保的废水“零排放”技术针对煤化工废水污染的差异化，结合煤化工企业的实际情况，采用预处理+生化处理+深度处理（高浓盐水处理回用）工艺。可满足不同生产工艺产生的不同废水情况，最终实现煤化工废水的回用和“零排放”。

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