廢水處理工藝

　　蘭炭廢水污染物濃度比焦化廢水高10倍左右，成分也更復雜，比焦化廢水更加難處理，其處理方法與焦化廢水應該有所不同。但由于蘭炭行業(yè)興起較晚，目前國內(nèi)外還沒有成熟的蘭炭廢水處理工藝，現(xiàn)有處理方法仍然主要借鑒水質相似的焦化廢水處理工藝，即*行物化處理，再進行生化處理，然后進行深度處理和中水回用處理。圖1為蘭炭廢水處理典型工藝流程。

　　3.1除油工藝

　　蘭炭廢水中含有大量油類，為減少對后續(xù)處理工藝的不利影響，必須首先去除油類。目前煤化工廢水除油工藝有多種，如氣浮除油、重力除油、化學除油、電化學除油、過濾除油等。由于蘭炭廢水中油類的組成復雜，單一處理方法都存在一定局限性，工程應用中可考慮兩種除油方法相結合的工藝，如化學除油與重力除油相結合、電化學除油與氣浮除油相結合的方式。

　　3.2酚氨回收工藝

　　蘭炭廢水含有大量酚和氨，本著一方面盡可能回收廢水中具有經(jīng)濟價值的副產(chǎn)品，同時大幅削減污染物濃度，另一方面顯著提高廢水的可生化性，進而使得蘭炭廢水可以實現(xiàn)無害化處理的思想，在進行生化前必須進行酚氨回收。目前脫酚脫氨工藝有“先蒸氨后脫酚”和“先脫酚后蒸氨”兩種工藝。

　　3.2.1先蒸氨后脫酚工藝

　　先蒸氨后脫酚工藝以華南理工大學陳赟團隊為代表。該工藝選用甲基異丁基甲酮(MIBK)為萃取劑，主要包括汽提脫氨、萃取脫酚、溶劑汽提、精餾回收等過程，通過物理過程將廢水中大部分的酚和氨分離為粗氨氣和粗酚。該工藝核心設備為脫酸汽提塔，酸性氣體(CO2和H2S)從汽提塔頂采出，經(jīng)冷凝器冷卻后進入酸性氣分凝罐;氨水從汽提塔側線采出，經(jīng)三級閃蒸和堿洗后制成一定濃度的稀氨水。筆者調研的工程案例中，氨水均在15%~25%之間。

　　該工藝采用單塔較好地完成了脫酸脫氨任務，比雙塔更節(jié)能;將脫氨前提至萃取前，脫酸脫氨后為萃取脫酚營造了優(yōu)良的pH環(huán)境;同時，塔頂酸性氣中氨含量得到有效控制，避免了塔頂管線出現(xiàn)碳銨結晶等問題。

　　3.2.2先脫酚后蒸氨工藝

　　先脫酚后蒸氨工藝以鞍山熱能研究院為代表，該工藝采用兩級液-液離心機進行萃取的方式實現(xiàn)脫酚。離心萃取在液-液高速離心機內(nèi)進行，利用酚類物質在水中與在有機溶劑中的溶解度不同，將酚類物質從水中轉移到有機溶劑中，兩相快速充分混合并利用離心力(離心力可以達到580G)代替重力實現(xiàn)快速分離，與傳統(tǒng)脫酚工藝相比具有停留時間短、分離精度高、適應能力強等特點。離心萃取后的水相進入多功能精餾塔，精餾塔采出氨氣進入脫氨塔冷凝器，冷凝后的氨水進入氨冷凝液槽。

　　該工藝在一塔中完成酸性氣體、殘余萃取劑、產(chǎn)品氨水以及預處理后出水的有效分離，工藝流程短、節(jié)能，酚回收率高;同時，整個工藝流程中只需經(jīng)過一次升溫-降溫的過程，換熱次數(shù)少，熱量損失小，能耗低。

　　先蒸氨后脫酚工藝在煤制氣廢水中有較多應用，先脫酚后蒸氨工藝目前工程案例較少，兩種工藝各有優(yōu)缺點和適用性，工程應用中需根據(jù)水質特點詳細分析。筆者認為：先蒸氨后脫酚工藝更適合煤制氣廢水，而蘭炭廢水中由于含大量單元酚和表面活性物質，為避免蒸餾時起泡，采用先脫酚后蒸氨工藝更適合。

　　3.3生化處理工藝

　　經(jīng)過酚氨回收后，廢水中的COD可降低至4000mg/L以下，氨氮可降低至500mg/L以下，酚可以降至300mg/L以下。而筆者調研的工程案例和所進行的實驗中，氨氮通?？山档椭?00mg/L以下，酚為500mg/L以下。COD主要為剩余酚、有機酸、多環(huán)芳烴、氮氧雜環(huán)化合物等，難以被異養(yǎng)微生物直接利用，廢水中B/C很低，約在0.1~0.16左右，應采用恰當?shù)姆椒ㄌ岣邚U水的B/C。目前常用的方法有氧化、上流式厭氧污泥床(UASB)、EC外循環(huán)厭氧反應器、IC內(nèi)循環(huán)厭氧反應器、水解酸化池等。由于此階段有機物含量高，當采用氧化時，氧化劑會優(yōu)先氧化廢水中易降解的小分子物質，再氧化難降解的大分子物質，故氧化劑消耗量非常大，運行費用高;生化法是比較經(jīng)濟合理、值得推廣的處理方法。

　　根據(jù)筆者實驗，經(jīng)過氧化或厭氧反應后，B/C可提高至0.3以上，可進行生化反應。蘭炭廢水生化工藝一般參照水質相似的焦化廢水處理工藝，常采用兩級生化工藝。

　　一級生化工藝常采用A/O內(nèi)循環(huán)生物脫碳脫氮工藝或SBR序批式活性污泥工藝。其中A/O工藝由于容積負荷大、處理效率高、流程簡單、投資省、運行費用低而被廣泛采用。根據(jù)筆者實驗得知，當總停留時間>150h時，經(jīng)一級A/O生化處理后的出水再經(jīng)過混凝沉淀，COD可降至400~500mg/L以下，TN去除率達70%以上。若要提高COD的去除率，可考慮在A/O生化池前增加生物增濃系統(tǒng)，在生物增濃氧化池中投加一定量的炭粉，增加污泥質量濃度至5000~6000mg/L，控制低溶解氧(0.3~0.5mg/L)，較高的污泥濃度和低溶解氧狀態(tài)不僅對難降解COD有較好的適應性，同時也創(chuàng)造了同步硝化反硝化脫氮的條件，避免了泡沫的產(chǎn)生。若要進一步提高脫氮效率，常用方法是加大A/O生化池硝化液內(nèi)循環(huán)比，但內(nèi)循環(huán)液來自曝氣池，含有一定的溶解氧，過大的內(nèi)循環(huán)比使A段難以保持理想的缺氧狀態(tài)，影響反硝化效果，脫氮率很難達到90%。

　　經(jīng)一級生化處理后，廢水中COD大部分為難生化降解的大分子有機物，為提高二級生化處理效率，通常需進行氧化。二級生化工藝常采用A/O內(nèi)循環(huán)生物脫碳脫氮工藝或BAF曝氣生物濾池。經(jīng)氧化后，廢水的可生化性增強，污染物降解率提高。根據(jù)筆者實驗得知，采用Fenton試劑氧化后，一級A/O生化池出水B/C可由0.03~0.1提高到0.45~0.5，再經(jīng)第二級A/O生化反應，出水COD<200mg/L，氨氮<10mg/L，總氮<25mg/L。

　　3.4深度處理工藝

　　深度處理一般包括氧化、混凝、沉淀、過濾、活性炭吸附等。其中混凝、沉淀、過濾與常規(guī)廢水處理工藝一致，不做詳細說明。活性炭吸附由于活性炭極易飽和，再生困難，運行成本高，常用作膜處理前的安保措施。

　　目前氧化技術眾多，如Fenton試劑氧化法、臭氧氧化法、催化濕式氧化法、超臨界水氧化法、電化學氧化法等。各種氧化具有相似的技術原理，即通過各種途徑生成羥基自由基，起到將難降解有機物破環(huán)、斷鏈的作用。

　　Fenton試劑氧化的基本原理是在pH為3~4且Fe2+存在的情況下，雙氧水快速分解產(chǎn)生˙OH，˙OH具有*的氧化性，從而將有機物氧化。Fenton試劑氧化法目前已被廣泛應用于焦化廢水的深度處理中，具有反應迅速、溫度和壓力等反應條件溫和且無二次污染等優(yōu)點。目前的發(fā)展應用主要有吸附/Fenton法、UV/Fenton法、電/Fenton法和微波/Fenton法等。

　　臭氧氧化設備簡單、使用方便、無二次污染，但投資和運行費用偏高。近年來，臭氧與過氧化氫聯(lián)用、臭氧與UV聯(lián)用以及多相催化臭氧氧化技術等強化臭氧氧化技術在中間體廢水處理方面也得到廣泛的研究和應用。

　　催化濕式氧化技術是在較高溫度(200~240℃)和壓力(6.0~8.0MPa)下投加固體催化劑，以空氣或純氧為氧化劑，將有機污染物氧化分解為無機物或小分子有機物的化學過程;超臨界水氧化法是利用超臨界水(374.3℃，22.05MPa)作為介質來氧化分解有機物，但兩種工藝都需要耐高溫、高壓的設備，一次性投資高，其推廣應用有一定困難。

　　電化學氧化法實質是利用直接或間接的電解作用，使廢水中有機污染物的結構和形態(tài)發(fā)生變化，完成由難降解到易降解的轉化。根據(jù)電極發(fā)生反應方式的不同可分為微電解法(如鐵碳微電解法)和外加電壓電解法(如三維電極氧化法)。目前，電化學氧化法已成為一種非常具有競爭力的廢水處理方法。

　　環(huán)境工作者對氧化的研究頗多，各項技術都取得了一定發(fā)展，但Fenton試劑及類Fenton試劑氧化法由于反應條件溫和、一次性投資低，仍然是應用zui多的處理方法。Fenton試劑氧化法的藥劑利用率不高，導致加藥量大、運行費用高，今后的研究重點是如何提高藥劑的利用效率。