隨著工業的進步和社會環保意識的提高，水環境的污染與經濟發展之間的矛盾日益突出。為切實加大水污染的防治力度，保障國家水安全，環保部于2015年制定了《水污染防治行動計劃》。為全面控制污染物的排放，必須狠抓工業的污染防治工作，整治污染嚴重的行業，集中治理工業區的水污染。
身為世界上最大的產煤和耗煤大國，盡管國務院頒布的《能源發展戰略行動計劃2014—2020》提出：到2020年，將煤炭消費比重控制在62%以內。但由于我國的能源結構中仍以煤炭為主，工業的發展仍離不開煤炭。由于煤化工的一大特點是耗水量大，所以維持煤化工的生產過程必然會產生大量的污水。而我國的煤炭資源和水資源卻呈逆向分布，在煤炭資源豐富的地區，水資源往往十分匱乏。因此，工藝合理，經濟可行，使經過處理的污水能夠循環利用的廢水處理方案會給高耗水的煤化工企業帶來巨大的經濟效益、社會效益和環境效益。
1煤化工廢水的來源
煤化工是指以煤為原料，經化學加工使其轉化為氣體、液體和固體燃料，以及相關化學品的過程。煤化工主要包括煤的氣化、液化、低溫干餾和高溫干餾(焦化)及對以上過程中得到的中間品和產品進一步精制及深加工的過程，例如煤的焦化和焦油的加工精制等。
煤是化學成分非常復雜的物質，因此煤化工生產過程必然有大量污水產生。這些污水主要來自于加工原煤帶人的非結合水及結合水，在生產過程中引入的生產補水和由蒸汽冷凝中形成的廢水，如產品精制和化學品加工過程中分離出的污水。
2煤化工廢水的組成及危害
煤化工過程的廢水產量、污染物成分及含量隨著原煤種類、產地、煤加工工藝、化學產品精制的方法、加工深度和裝置管理水平的不同而變化極大。廢水中往往含有數十種無機污染物和有機污染物，包括固體懸浮物、氨及銨鹽、硫化物、氰化物、重金屬;易降解的有機物，如脂肪族化合物、酚類化合物和苯類化合物;可降解類有機物，如吡咯、萘、呋喃、咪唑等;難降解的有機物主要有吡啶、咔唑、聯苯、三聯苯等多環芳香化合物和含S、N、0的雜環化合物。
廢水中的含氮物質能導致水體富營養化，藻類大量繁殖生長，以致水體缺氧，水質惡化變臭。廢水中的氨氮在水體中還能轉化成硝態氮，嬰幼兒飲用含有一定濃度硝態氮的水會致白血病。廢水中的含碳化合物多數都是耗氧類物質，會嚴重消耗水體中的溶解氧而導致水體的腐化。廢水中的硫化物也是產生酸雨的物質之一。廢水中的酚類化合物則是原型質毒物，濃度過高就會削弱水中微生物對污染物的降解作用。酚類化合物可通過皮膚、黏膜和口腔接觸侵入人體造成累積性慢性中毒。廢水中的部分有機物的化學性質很穩定，微生物難以利用，且氰化物、芳環、稠環、雜環化合物對微生物的毒害作用很強，故此類廢水的直接可生化性極差。因此，若將煤化工廢水不加處理或處理不達標就直接排放到自然界中，不僅會對土壤、水源、空氣造成嚴重污染，還會影響動植物的生長和人類的健康。有些物質還會在動植物的體內富集，使其濃度濃縮多倍，最終通過食物鏈危害人的身體健康，嚴重者可以致癌致命。隨著國家環保要求的不斷提高，煤化工廢水的處理已經成為一個影響該行業健康、持續發展的重要因素。
本文所述某石化公司煤焦油加氫裝置所產生的廢水主要來自煤的焦化產品——焦油的加工精制過程。該類廢水不僅水量大，而且成分復雜、危害大，在煤化工行業中非常典型，是焦油加工企業治理的重點。該廢水的pH值為7～11，酚的含量高達15000—20000mg/1，油含量3000～5000mg/l，硫化物和氨氮含量均為2500～5000mg/l，這些污染物常表現出極高的coD值，可達60000~70000mg/l。
3污水排放標準
國家和部分地方的管理部門對各地區、各行業的污水排放要求出臺了控制標準和法律法規。1998年1月1日后建設的煤焦油加工企業如所在地方還沒有頒布相關的法規，就應按的《污水綜合排放標準》(GB8978—1996)執行(見表1)。
4廢水處理方案
煤化工廢水污染物的成分和含量千差萬別，處理流程也各不相同。針對某一類廢水的處理方法和流程，均需根據廢水的水質、水量、成分的回收價值、排放標準、各種廢水處理技術的特點及經濟條件等因素，通過調研、分析、技術經濟比較后再確定，必要時還要開展相關的試驗研究來確定適宜的處理方案。
煤焦油加氫廢水的凈化過程主要體現在去除廢水中的酚類物質、氨氮、硫化物和油類有機物。目前工業上成熟應用的單一廢水處理技術對廢水量、污染物種類、污染物濃度等都有一定的適用范圍，且各種污染物在水中的脫除還存在著相互影響和相互干擾。因此，廢水中的污染物的指標不可能僅通過單一處理技術就達到排放標準的要求。故探究一整套技術成熟可靠、工藝流程合理、設備結構簡單、工程投資低、運行費用少、易維護、能長期穩定運行的煤化工廢水處理流程已成為國內外煤化工企業的重大課題。
煤焦油加氫廢水因含有較高的酚、油類有機物、硫化物及氨氮，設計廢水凈化流程時應該結合主體裝置(焦油減壓分餾塔)的操作特點及相關化學產品的加工工序(粗酚精制)，首先通過物理分離去油，再經過萃取脫酚、蒸氨等預處理來降低污染物的濃度，減小廢水對微生物的毒性。同時，回收高含量、高附加值的物質。再對所得的低濃度、低毒性的廢水進行生化處理，這樣做不僅會降低廢水的生化處理成本，還能提高污染物的脫除效果。適宜的生化處理技術在有效脫除廢水中氮化物的同時，對氰化物、苯酚類及苯類物質也有較好的去除作用，可以達到國家規定的污水排放標準。但對一些難降解的有機污染物，如喹啉類、吲哚類、煤焦油加氫廢水吡啶類、咔唑類等物質則很難實現完全降解，導致煤化工裝置產生的污水經過生化反應后的COD難以達到一級排放標準。因此，經過生化處理后的污水仍需進一步進行深度處理，直至達到循環使用的品質然后送往用戶處，或達到排放標準后排入自然界中。故廢水的物化預處理+生化處理+深度處理的多方法聯合處理流程應該是煤化工廢水處理方案的基本發展方向(見圖1)。
5廢水處理技術的應用循環利用或達標排放
5.1物化預處理:根據工程經驗，經過生化法處理的廢水含酚量應該低于300mg/l。且水中不得含有氨、焦油或油類物質，否則就會抑制微生物的生長，影響對污染物的分解，甚至造成微生物的中毒死亡，降低廢水的處理效果。廢水中的酚類和油類物質同屬有機物，具有“相似相容”的性質，而酚還屬于Lewis酸，易與極性水分子之間形成氫鍵，增加其在水中的溶解度，進而促進油水的惡性乳化。因此，對酚類和油類物質的去除過程存在嚴重的相互干擾，需要通過分步交替處理以便使廢水中的污染物達到可生化處理要求。(1)脫酚工業生產中，酚濃度為1000mg/l以上的廢水稱為高濃度含酚廢水，回收利用其中的酚類物質可增加廢水處理的經濟效益。目前，工業上常用來處理高濃度含酚廢水的方法主要集中在物理分離方法，如：蒸汽吹脫除酚、溶劑萃取脫酚等。結合本文煤焦油加氫主體裝置的操作特點，在處理煤焦油加氫廢水時可優先采用溶劑萃取方法脫酚，且為降低萃取劑的分離成本，所選用的溶劑應盡量從煤焦油分餾系統或煤焦油加氫系統的中間產物或產品中選取。經模擬計算，本文中煤焦油加氫裝置廢水中的酚可由20000降低到1500mg/1以下。在工程實踐中，可用于進行低濃度含酚廢水處理的方法較多(見表2)，需結合主體裝置的操作特點，選擇操作方便、投資成本和運行費用低的脫酚技術。
(2)除油:煤焦油加氫廢水在脫酚過程中，若油含量較高會影響裝置的平穩運行及脫酚效果。例如：在用溶劑萃取法脫酚時，油會與水作用產生乳化物，降低脫酚效率;在用蒸汽法脫酚時，油的存在經常堵塞設備。因此，對含酚含油廢水進行處理時應優先除油。對于油含量較高(指含油量500ppm以上)的廢水，工業上常用的除油方法有氣浮隔油法、澄清過濾法、精餾法和溶劑萃取法等。深度除油(指由200ppm除油到50ppm以下)的方法有吸附過濾法、旋流沉降法等。
(3)蒸氨脫硫:一般地，煤化工廢水中的氮以有機氮、氨氮、亞硝酸鹽和硝酸鹽四種形式存在。在煤焦油加氫廢水中，氮主要以氨氮、有機氮的形式存在，氨氮占總氮的60%～70%，而絕大部分的有機氮也能在微生物的作用下最終轉化為氨氮。氨氮經一系列的生化作用后會轉化為氮氣從水中逸出。但生化作用對廢水中高濃度含氮污染物的去除率很低，不能滿足國家規定的污染物綜合排放標準，因此煤焦油加氫廢水在生化處理之前需先脫硫脫氨。
目前，國內外酸l生廢水脫硫脫氨的主要工藝為汽提法。煤焦油加氫廢水物化預處理若采用先蒸氨脫硫，后除油脫酚的工藝流程，相比先除油脫酚，后蒸氨脫硫的工藝流程會損失大量的酚。同時，廢水中高含量的油酚也將影響蒸氨脫硫汽提塔的工作效率。因此，在流程上應優先選擇深度除油脫酚后的酸|生廢水經汽提塔汽提蒸氨脫硫。在塔頂汽提出H2S，分液后回收單質硫;在側線采出氨水，精制成濃氨水或經氨壓縮機精制出液氨產品。汽提塔多為常壓操作，操作溫度為100～120℃，H2s、NH，的脫除率均可達到99.5%，塔底廢水中H2S≤10ppm、NH3≤50ppm。具體聯系污水寶或參見http://www.dongaorq.cn更多相關技術文檔。
5.2生化處理:生化法污水處理工藝因處理量大，處理成本低，無二次污染，在今后較長的一段時間內，仍將是處理有機廢水的主要方法。經過物化預處理后的煤焦油加氫污水將在生化處理裝置中去除大部分的氨氮、油、酚等。
5.3深度處理:煤化工廢水中的污染物成分復雜多變，難降解的大分子有機物含量高。因此，僅依靠常規的生化處理方法很難達到凈水循環利用的水質標準或國家規定的排放標準，最主要的表現為廢水的c0D和色度很少能達標。針對此情況，應該選擇合適的深度處理技術，如電催化氧化處理工藝，保證出水達標排放或循環利用。其它深度處理技術中適合采用的還有混凝沉淀、過濾、臭氧氧化、活性炭過濾及超濾等。
6廢水處理的工藝流程
基于以上對煤化工廢水特點、廢水處理技術及方案的詳細分析，針對以煤焦油加氫廢水為代表的煤化工廢水處理過程，結合煤焦油加氫裝置及其分餾系統的操作特性和產品分布，經AspenPlus流程模擬軟件輔助模擬計算，筆者設計出一套針對對煤化工廢水處理具有指導意義的工藝路線(見圖2)。
7結語
(1)針對煤化工廢水產量大，污染物種類復雜多變、濃度高、毒性大等特點，利用多種方法聯合分段處理煤化工的廢水，發揮各段的優勢，將有助于提高廢水的處理效率，降低工程投資，而且這也將成為煤化工廢水處理技術的基本發展方向。(2)結合主體裝置的工藝過程、設備組成、操作特性和產品分布，盡量選擇利用主體裝置的現有設備和產品來物化分離廢水中的污染物，可降低企業環保項目的投資成本和運行費用，提高企業的經濟效益。(3)將煤化工廢水中的高濃度、高附加值的污染物回收利用，并將凈化后的水循環利用，既符合國家可持續發展的要求，又能提高企業環保項目的經濟效益，降低企業的經濟負擔和社會負擔。(來源：谷騰環保網 作者：梁翠翠等)
