1.煤化工廢水處理概況
       煤化工廢水處理需求在我國越來越多，因?yàn)槲覈茉礌顩r典型特點(diǎn)是“富煤、貧油、少氣”，煤炭占我國一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)比例達(dá)到70%左右，遠(yuǎn)高于全球30%左右的平均水平。短期內(nèi)，我國將繼續(xù)以煤炭為主的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，豐富的煤炭資源為我國煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了有力的條件。隨著煤制油、煤制氣、煤制烯烴等一批關(guān)鍵技術(shù)取得突破，我國煤化工正向石油替代產(chǎn)品為主的新型煤化工轉(zhuǎn)變。
但是目前環(huán)保需求和水資源短缺問題日益嚴(yán)峻，工業(yè)水處理尤其是煤化工廢水如何處理問題日益凸顯，零排放要求該如何解決？煤化工項(xiàng)目具有較大的耗水量和廢水排放量，且我國煤化工項(xiàng)目主要位于內(nèi)蒙古、山西、陜西、寧夏等西北水資源匱乏的地區(qū)，對水處理的要求較高。根據(jù)測算，水處理投資占煤化工總投資的比例一般在3%-8%，如果按照“十二五”規(guī)劃期間新增產(chǎn)能來計(jì)算，2013-2016年新型煤化工總投資規(guī)模約7850-8300億元，其中預(yù)計(jì)煤制天然氣可形成總投資約2400-2700億元，煤制烯烴可形成總投資約2400-2550億元，煤制油可形成總投資約1800億元，煤制乙二醇可形成投資約300億元。按8300億元的總投資規(guī)模及5%的水處理投資占比測算，預(yù)計(jì)水處理占煤化工領(lǐng)域的市場份額約為425億元。
       近年來，隨著環(huán)境污染情況的日益加重、我國水資源的日益緊缺和國家對于環(huán)境保護(hù)要求的日益提高，“工業(yè)水處理零排放”技術(shù)的應(yīng)用日漸廣泛。該技術(shù)的主要設(shè)計(jì)理念是將工業(yè)水處理中各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行整合，在水處理的各個(gè)環(huán)節(jié)形成一個(gè)閉式循環(huán)體系，將生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢污水經(jīng)過深度處理再次回用，以減少水資源的用量并最大限度的提高水資源的利用效率，達(dá)到“節(jié)水、減排”的目的。工業(yè)零排放技術(shù)需要水處理企業(yè)能夠提供個(gè)性化的設(shè)計(jì)方案，技術(shù)要求較高。零排放技術(shù)能夠從根本上起到“節(jié)水、減排”的效果，是工業(yè)水處理未來的發(fā)展方向。
2.煤化工廢水處理現(xiàn)狀和特點(diǎn)
2.1煤化工廢水的特點(diǎn)
       煤化工廢水水質(zhì)波動(dòng)范圍大，在煤氣化過程中，煤質(zhì)、物料平衡、反應(yīng)溫度、壓力等的變化必然導(dǎo)致廢水水量和水質(zhì)變化，并直接影響廢水的末端治理和回用。例如，碎煤加壓氣化廢水COD波動(dòng)范圍一般在3倍以上；某煤直接液化項(xiàng)目COD波動(dòng)范圍甚至達(dá)10倍以上。煤化工企業(yè)排放廢水以高濃度煤氣洗滌廢水為主，含有大量酚、氰、油、氨氮等有毒、有害物質(zhì)。綜合廢水中CODcr一般在5000mg/l左右、氨氮在200~500mg/l，廢水所含有機(jī)污染物包括酚類、多環(huán)芳香族化合物及含氮、氧、硫的雜環(huán)化合物等，是一種典型的含有難降解的有機(jī)化合物的工業(yè)廢水。廢水中的易降解有機(jī)物主要是酚類化合物和苯類化合物；砒咯、萘、呋喃、瞇唑類屬于可降解類有機(jī)物；難降解的有機(jī)物主要有砒啶、咔唑、聯(lián)苯、三聯(lián)苯等
2.2煤化工廢水的處理現(xiàn)狀
       煤化工廢水處理工藝路線基本遵行“物化預(yù)處理+A/O生化處理+物化深度處理”，以下做簡單介紹。
       1、煤化工廢水物化預(yù)處理
       預(yù)處理常用的方法：隔油、氣浮等。
       因過多的油類會(huì)影響后續(xù)生化處理的效果，氣浮法煤化工廢水預(yù)處理的作用是除去其中的油類并回收再利用，此外還起到預(yù)曝氣的作用。
       2、煤化工廢水生化處理
       對于預(yù)處理后的煤化工廢水，國內(nèi)外一般采用缺氧、好氧生物法處理（A/O工藝），但由于煤化工廢水中的多環(huán)和雜環(huán)類化合物，好氧生物法處理后出水中的COD指標(biāo)難以穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。
       為了解決上述問題，近年來出現(xiàn)了一些新的處理方法，如PACT法、載體流動(dòng)床生物膜法（CBR）、厭氧生物法，厭氧－好氧生物法等：
      1）、改進(jìn)的好氧生物法
     （1）PACT法
       PACT法是在活性污泥曝氣池中投加活性炭粉末，利用活性炭粉末對有機(jī)物和溶解氧的吸附作用，為微生物的生長提供食物，從而加速對有機(jī)物的氧化分解能力?；钚蕴坑脻窨諝庋趸ㄔ偕?。
    （2)載體流動(dòng)床生物膜法（CBR）
       CBR實(shí)際上是一種基于特殊結(jié)構(gòu)填料的生物流化床技術(shù)，該技術(shù)在同一個(gè)生物處理單元中將生物膜法與活性污泥法有機(jī)結(jié)合，通過在活性污泥池中投加特殊載體填料使微生物附著生長于懸浮填料表面，形成一定厚度的微生物膜層。附著生長的微生物可以達(dá)到很高的生物量，因此反應(yīng)池內(nèi)生物濃度是懸浮生長活性污泥工藝的2-4倍，可達(dá)8-12g/L，降解效率也因此成倍提高。獨(dú)特設(shè)計(jì)的填料在鼓風(fēng)曝氣的擾動(dòng)下在反應(yīng)池中隨水流浮動(dòng)，帶動(dòng)附著生長的生物菌群與水體中的污染物和氧氣充分接觸，污染物通過吸附和擴(kuò)散作用進(jìn)入生物膜內(nèi)，被微生物降解，整體系統(tǒng)的降解效率高。
由于微生物為附著生長方式（不同于活性污泥的懸浮生長），流動(dòng)床載體表面的微生物具有很長的污泥齡（20－40天），非常有利于生長緩慢的硝化菌等自養(yǎng)型微生物的繁殖，填料表面有大量的硝化菌繁殖，因此系統(tǒng)具有很強(qiáng)的硝化去除氨氮能力。同時(shí)附著生長方式利于其它特殊菌群的自然選擇，而這些特殊菌群可有效的降解煤氣化廢水中的特征污染物，特別是一些難降解的污染物，從而獲得更低的出水COD濃度。CBR技術(shù)可應(yīng)用于高濃度煤化工廢水的處理，也可應(yīng)用于后續(xù)的深度處理回用單元。
       2）厭氧生物法
        一種被稱為上流式厭氧污泥床（UASB）的技術(shù)用于處理煤化工廢水。該法所用的反應(yīng)器是由荷蘭的G.Lettinga等于1977年開發(fā)成功的，廢水自下而上通過底部帶有污泥層的反應(yīng)器，大部分的有機(jī)物在此被微生物轉(zhuǎn)化為CH4和CO2在反應(yīng)器的上部。設(shè)有三相分離器，完成氣、液、固三相的分離。另外，活性炭厭氧膨脹床技術(shù)也被用于處理煤化工廢水，該技術(shù)可有效地去除廢水中的酚類和雜環(huán)類化合物。
       3）厭氧－好氧聯(lián)合生物法
       單獨(dú)采用好氧或厭氧技術(shù)處理煤化工廢水并不能夠達(dá)到令人滿意的效果，厭氧和好氧的聯(lián)合生物處理法逐漸受到研究者的重視。煤化工廢水經(jīng)過厭氧酸化處理后，廢水中有機(jī)物的生物降解性能顯著提高，使后續(xù)的好氧生物處理CODcr的去除率達(dá)90%以上。其中較難降解的有機(jī)物萘、喹啉和吡啶的去除率分別為67%，55%和70％，而一般的好氧處理這些有機(jī)物的去除率不到20％。采用厭氧固定膜－好氧生物法處理煤化工廢水，也得到了比較滿意的效果。
       3、煤化工廢水深度處理
       煤化工廢水經(jīng)生化處理后，出水的CODcr、氨氮等濃度雖有極大的下降，但由于難降解有機(jī)物的存在使得出水的COD、色度等指標(biāo)仍未達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。因此，生化處理后的出水仍需進(jìn)一步的處理。
       深度處理的方法主要有混凝沉淀、固定化生物技術(shù)、吸附法催化氧化法及反滲透等膜處理技術(shù)。
       1）、混凝沉淀
       沉淀法是利用水中懸浮物的可沉降性能，在重力作用下下沉，以達(dá)到固液分離的過程。其目的是除去懸浮的有機(jī)物，以降低后續(xù)生物處理的有機(jī)負(fù)荷。
       在生產(chǎn)中通常加入混凝劑如鋁鹽、鐵鹽、聚鋁、聚鐵和聚丙烯酰胺等來強(qiáng)化沉淀效果，此法的影響因素有廢水的pH、混凝劑的種類和用量等。
       2）、固定化生物技術(shù)
       固定化生物技術(shù)是近年來發(fā)展起來的新技術(shù)，可選擇性地固定優(yōu)勢菌種，有針對性地處理含有難降解有機(jī)毒物的廢水。經(jīng)過馴化的優(yōu)勢菌種對喹啉、異喹啉、吡啶的降解能力比普通污泥高2－5倍，而且優(yōu)勢菌種的降解效率較高，經(jīng)其處理8h可將喹啉、異喹啉、吡啶降解90%以上。
       3）、高級氧化技術(shù)
       由于煤化工廢水中的有機(jī)物復(fù)雜多樣，其中酚類、多環(huán)芳烴、含氮有機(jī)物等難降解的有機(jī)物占多數(shù)，這些難降解有機(jī)物的存在嚴(yán)重影響了后續(xù)生化處理的效果。高級氧化技術(shù)是在廢水中產(chǎn)生大量的HO.自由基HO.自由基能夠無選擇性地將廢水中的有機(jī)污染物降解為二氧化碳和水。高級氧化技術(shù)可以分為均相催化氧化法、光催化氧化法、多相濕式催化氧化法以及其他催化氧化法。催化氧化法可以應(yīng)用在煤化工廢水處理工藝的前段，去除部分COD和增強(qiáng)廢水的可生化性，但存在消耗量大，運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)的問題，因此該技術(shù)在后續(xù)的深度處理單元中應(yīng)用可以獲得更好的經(jīng)濟(jì)性和降解效果。
       4）、吸附法
       20 世紀(jì)后期,隨著結(jié)構(gòu)改良的離子交換樹脂、吸附樹脂和復(fù)合功能樹脂的成功研制，樹脂吸附法被廣泛應(yīng)用于化工廢水的治理與資源化。江蘇海普功能材料有限公司針對煤化工廢水合成出具有不同物理化學(xué)特性的吸附劑來處理該類廢水，并取得了良好的處理效果，該公司合成的吸附劑不僅能有效去除煤化工廢水中的COD，還可以除去廢水中的顏色等指標(biāo)，廢水可以穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。
3.行業(yè)客戶需求
       煤化工廢水的特性決定了該類無法通過傳統(tǒng)的生化處理方法達(dá)到回用和排放標(biāo)準(zhǔn)，因此可以使用海普功能材料開發(fā)的吸附法處理該類廢水，以達(dá)到處理效果與經(jīng)濟(jì)成本的最優(yōu)化是染料廢水處理中的一個(gè)發(fā)展方向。
       煤化工廢水企業(yè)客戶對廢水處理的需要包括以下三點(diǎn)：
    （1）高效、穩(wěn)定的去除廢水中的COD、色度等到排放限值以下；
    （2）一次投資費(fèi)用低、運(yùn)行費(fèi)用低、設(shè)備操作維護(hù)方便；
    （3）工藝先進(jìn)可靠、無二次污染。
4.海普定制化工藝簡介
       江蘇海普功能材料有限公司地處蘇州工業(yè)園區(qū)，是一家以特種吸附劑、催化劑為核心技術(shù)，配套應(yīng)用工藝開發(fā)、技術(shù)服務(wù)、工程實(shí)施等，為客戶解決相關(guān)環(huán)保難題的國家高新技術(shù)企業(yè)。海普的技術(shù)團(tuán)隊(duì)分別于2013年、2015年獲得蘇州工業(yè)園區(qū)領(lǐng)軍人才獎(jiǎng)，2015年獲得姑蘇領(lǐng)軍人才獎(jiǎng)，江蘇海普功能材料有限公司于2015年、2018年連續(xù)兩次被評為國家高新技術(shù)企業(yè)，2018獲批為蘇州市吸附與催化功能納米材料工程技術(shù)研究中心。江蘇海普功能材料有限公司在吸附材料處理方面具有領(lǐng)先的技術(shù)水平，配套的吸附處理工藝高效、穩(wěn)定，為國內(nèi)多家行業(yè)龍頭企業(yè)解決了多項(xiàng)環(huán)保難題。
海普吸附工藝的原理是利用我公司開發(fā)的特種吸附材料對要去除的組分或物質(zhì)進(jìn)行選擇性吸附，當(dāng)吸附飽和時(shí)，再利用特定的脫附劑對吸附材料進(jìn)行脫附處理，使吸附材料得以再生，如此不斷循環(huán)進(jìn)行，吸附法處理廢水常規(guī)工藝圖見圖4-1。        采用海普的吸附工藝處理煤化工廢水時(shí)，將廢水預(yù)先過濾去除其中的懸浮和顆粒物質(zhì)，然后進(jìn)入吸附塔吸附，吸附塔中填充的特種吸附材料能將廢水中的有機(jī)物吸附在材料表面，使出水COD等指標(biāo)持續(xù)達(dá)標(biāo)排放。吸附飽和后，先用稀堿溶液將吸附材料上的有機(jī)物脫附，有機(jī)物轉(zhuǎn)移進(jìn)入脫附液中，再用少量軟水洗凈殘留在吸附材料表面的堿溶液，脫附液進(jìn)行蒸發(fā)或者其他處理。水洗液含微量被吸附物，可用作配稀堿的稀釋水用。吸附出水為COD低于排放限值的廢水，可直接排放，或者回用于前端生產(chǎn)線。煤化工廢水吸附處理工藝流程見圖4-2。  
5.工藝處理效果
       采用吸附工藝處理煤化工廢水，可有效脫除廢水中的COD、色度，具體處理數(shù)據(jù)見表5-1~表5-2。

原水COD含量	出水COD含量	達(dá)標(biāo)率
178 mg/L	35mg/L	100%
150mg/L	28 mg/L	100%
188mg/L	40 mg/L	100%

       山西某企業(yè)要求處理后廢水中COD含量低于50mg/L，且色度要求無色透明，實(shí)驗(yàn)處理效果表明采用吸附處理，廢水中的COD可以穩(wěn)定小于50mg/L，在保證達(dá)到客戶的要求的同時(shí)留有一定的安全余量，能有效防止入料廢水的水質(zhì)波動(dòng)造成出水不達(dá)標(biāo)，處理效果見下圖。
該企業(yè)生產(chǎn)過程每小時(shí)產(chǎn)生500噸煤化工生化廢水，經(jīng)過吸附處理后，廢水中COD可以達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)要求，該企業(yè)已經(jīng)采用江蘇海普功能材料有限公司的吸附劑和工藝包，目前吸附系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)。
6.工藝的核心優(yōu)勢
        目前對于煤化工廢水的處理方法無論是從處理效果還是其操作成本都有各自的缺陷。
        沉淀法通常加入混凝劑如鋁鹽、鐵鹽、聚鋁、聚鐵和聚丙烯酰胺等來強(qiáng)化沉淀效果，此法的影響因素有廢水的pH、混凝劑的種類和用量等，該法很難穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。
        固定化生物技術(shù)對細(xì)菌的馴化要求高，適應(yīng)水質(zhì)變化的能力相對較差。
        高級氧化技術(shù)可以分為均相催化氧化法、光催化氧化法、多相濕式催化氧化法以及其他催化氧化法。但該法存在消耗量大，運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)的問題。
        而吸附法能將染料廢水中的有機(jī)物有效的去除到排放限值以下，操作簡單，自動(dòng)化程度高，是一個(gè)處理煤化工廢水經(jīng)濟(jì)、有效的方法。吸附法的優(yōu)點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：
      （1）穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放，可以有效緩解企業(yè)環(huán)保壓力；
      （2）對企業(yè)現(xiàn)場產(chǎn)生的廢水采樣樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以科技為基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)為依據(jù)來設(shè)計(jì)吸附工藝，廢水和工藝之間的匹配度100%；
      （3）設(shè)備占地節(jié)省、結(jié)構(gòu)緊湊，土建和設(shè)備投資少；脫附劑多次套用、逐級提濃，藥劑利用率高，運(yùn)行費(fèi)用低；
      （4）可實(shí)現(xiàn)模塊組件形式，能根據(jù)生產(chǎn)能力靈活調(diào)節(jié)，安裝方便；
      （5）工藝先進(jìn)、成熟，無二次污染，有強(qiáng)大的技術(shù)支持和豐富的工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。
 
7.案例介紹
山西某煤化工企業(yè)500t/d染料廢水治理項(xiàng)目
       該公司采用我們的吸附工藝處理其生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的染料廢水，實(shí)驗(yàn)證明廢水中的COD含量由原來的180mg/L降至50mg/L以下，處理后的廢水COD含量特別低，可直接排放或回用，解決了企業(yè)束縛生產(chǎn)的難題，減輕了企業(yè)的環(huán)保壓力。