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摘要：煤化工废水含有大量污染成分，处置难度极大，如果不经过有效处理直接排放，将造成灾难性后果。煤化工废水的资源化利用便成了当前的一大热点。基于此，文章在总结煤化工废水来源、性质、影响的基础上，重点分析主流废水处理技术，全面探究煤化工废水资源化途径，以期对煤化工行业高质量发展提供参考。
关键词：煤化工废水；资源化；废水处理；高质量发展
0引言
煤化工产业作为煤炭资源加工利用、保障化工产业持续扩展的重要环节，在全球经济发展中占据重要的位置[1]。煤化工所产生的废水含有高浓度废盐、有机污染物、重金属等复杂的污染成分，处理难度极大。处理后仍存在污染物浓度、色度、浊度高的特点，对生态环境和人体健康形成了极大的威胁[2]。我国煤化工会产生废水，若能将其转化为可利用资源，将大大节约宝贵的淡水资源。
1煤化工废水的来源和性质
1.1煤化工废水的来源
煤炭在进行深度化工加工的过程中需要消耗大量的水资源，同时会排放相当数量的废水[3]。根据当前主流的煤炭加工形式，煤化工主要包括煤焦化、煤液化、煤气化等，所产生的废水来源如表1所示[4]。
1.2煤化工废水的性质
煤化工废水存在污染成分复杂、有毒有害物质多、难以有效降解等问题。其中高有机物浓度和高含盐量是煤化工废水的两大突出性质，也是当前废水处理的两大难点。煤化工废水中的有机污染物主要来自煤气化过程，包括酚类、酯类、烷烃以及多环芳烃等杂环类物质。
煤化工含盐废水主要来源于循环水以及脱盐水，成分复杂多样，包含Cl-、Na+、Ca2+等无机离子，含盐量高超过1%，硬度为10～20 mol/L，CODCr含量一般不低于50 mol/L，排放后对环境的危害极大，且以当前的处理技术难以进行回收利用[5]。
除了高有机物浓度、高含盐量、高硬度外，重金属离子(如铁、锰、铬)、高浊度等也是煤化工废水的显著特点，这些都会对生态环境和人体健康产生极强的危害。
2煤化工废水的影响
2.1污染水体
煤化工废水中含有大量的有机污染物、重金属离子等，若直接排放或处理不当排放，污染物将进入地表水和地下水中，导致水质恶化、水体富营养化、饮用水污染等问题，破坏水生态系统的平衡和人体健康。
2.2污染土壤
煤化工废水若处置不当或直接排放，所含的污染物将通过水体或大气渗透到土壤中，污染土壤，降低土壤肥力和质量，影响植物的生长，造成作物减产、生态系统破坏等一系列社会问题。部分污染物甚至会在土壤中转化成危害更大的有害物质，形成二次污染，进一步破坏生态多样性。
2.3威胁人体健康
有机污染物和重金属离子会对人体健康产生直接或间接的威胁。有毒有害物质通过污染水源或者食物链进入人体，引起疾病，某些污染物还有致癌、致畸的风险，人体长期暴露其中将产生不可逆的健康损伤。因此，严格控制煤化工废水排放，对保护人体健康至关重要。
2.4破坏社会形象
煤化工废水对环境和人体的危害性会引发民众对排放企业的不满，造成一定的社会性恐慌。在生态环保日益严格和社会全面高质量发展的背景下，煤化工废水的有效处理和安全排放便成为全社会普遍关注的一大问题，相应的资金投入和技术研发将成为行业的热点和难点。
3煤化工废水主流处理技术
煤化工废水有害成分复杂，相应的污染控制技术也是种类繁多。根据其作用机理，主要可以归纳为生物处理技术、化学处理技术、物理吸附技术和膜分离技术。
3.1生物处理技术
常规的生物处理技术主要包括工艺活性污泥法、生物膜法、生物滤池等等，还有一批以此为基础延伸出的众多改进型和交叉型技术。活性污泥法是一种非常基础的污废水生物处理技术，通过在废水中加入含有特定微生物的活性污泥来吸收、消化、降解有机污染物。整套处理工艺包括生物接触、生物吸附、有机物降解、微生物增殖等过程，具有效果好、运行稳、成本低的优点，但是要降低重金属离子对微生物的毒害。生物膜法是将具有特定有机物降解能力的微生物固定在一种多孔膜上，通过膜的固定作用，增强微生物的附着和生长能力，与活性污泥法相比，能有效提高微生物菌群抗冲击负荷性和稳定性，具有处理效果好、操作简便等优点，在处理高浓度有机废水中表现不俗。生物滤池法是一种以填料为载体的生物处理技术，微生物菌群固定在填料上，废水通过滤池流动，所含的有机物被附着在填料表面的微生物吸附降解。生物滤池技术具有占地面积小的特点，适用于小型废水处理系统。在实际应用中，单一的生物处理技术难以达到排放要求，通常需要结合其他技术共同运行，以提高处理效果。宋涛等采用活性污泥法+Fenton技术处理煤化工废水，结果表明，处理水达到排放标准且运行成本减少[6]。侯成以连续流自生动态膜生物反应器处理含高浓度吡啶的煤化工废水，有效实现了吡啶的完全降解，同时水体中的生物质浓度也得到显著提高[7]。
生物处理技术具有效率高、易操作、投资低等优点，在煤化工废水处理中具有重要应用。但是，生物处理技术对水温、pH值和水质等因素有一定要求，为满足微生物的高效新陈代谢，需在技术运行过程中要做好实时监控，对进水情况进行不断调整。
3.2化学处理技术
混凝沉淀技术和高级氧化还原技术是其中的典型代表。混凝沉淀技术是向废水中加入合适的化学絮凝试剂，通过酸碱中和、离子电解吸附、凝聚等作用，将有机污染物和重金属离子从废水中沉淀分离出来，在重力的作用下实现固液分离，有效降低废水中的污染物浓度。该技术原理简单，操作方便，在大规模废水处理中具有极高的成本优势。高级氧化还原技术是指将臭氧、过氧化氢和硫酸亚铁、硫酸亚锡等催化剂或还原剂，投入到废水中，将废水中的有机物质以氧化或还原将其转化为较为稳定的化合物，实现污染物的快速降解。该方法见效快，在应急性废水处理中表现优异，在应用中，通常会将化学法联合其他技术共同作用，实现废水的有效处理，例如QIN等采用烟煤吸附和电化学/UV/H2O2共同作用处理焦化废水，TOC、色度和UV254得到有效去除[8]。化学处理技术简单有效，但是也存在一定的误差风险。化学添加剂的选择和用量是实现降解目标的关键，需要提前了解废水中污染物的种类和特性，根据不同化学添加剂的适用条件和整体控制目标，制定合理的化学处理方案，还需要制定必要的应急预案，避免产生化学危害。
3.3物理吸附技术
作为机理最简单的水处理技术之一，物理吸附技术通常会作为污废水处理的预处理，为后续的化学或者生物等处理技术提供适宜的条件。向水体中投加特定吸附剂，将污废水中的污染物吸附在其表面，通过重力沉淀、膜过滤等与水体分离，达到去污的目的。常用的吸附剂包括活性炭、离子交换树脂等，材料价廉易得，且具有再生性。AN等采用褐煤焦炭处理煤化工废水中，在大分子污染物和难降解污染物的去除方面表现出良好效果[9]。
由于物理吸附并未真正地降解污染物，只是将污染物由水体中转移到吸附剂上，吸附剂脱附和污染物的深度处理是物理吸附技术选择需要着重考虑的要素。
3.4膜分离技术
膜分离技术主要包括超滤、微滤、纳滤、反渗透等。超滤是一种应用比较广泛的膜分离技术，废水中的悬浮物、胶体等污染物在超滤膜的拦截作用下留在膜上，而低分子物质则通过膜孔洞，从而去除废水中的部分污染物。微滤膜以孔径范围在0.1～10.0μm之间的微孔为基础，拦截废水中的细菌和较大分子量的有机物等，原理与超滤技术类似。纳滤和反渗透膜的孔径小于纳滤膜，通常在0.001～0.100μm之间，对废水中的可溶性高分子有机物、重金属离子和盐类有良好的截留效果，整体水质要优于其他膜分离技术，但成本也相对较高，主要用于废水中高度浓缩和脱盐，从而达到水资源的回收再利用。例如某煤制烯烃项目采用了高效反渗透膜处理废水，水回收率超过90%，脱盐率高于97%[10]。
膜分离技术具有处理效果好、操作简单、无需添加化学药剂、占地面积小和能耗低等优点，但是在使用过程中需要注意膜的维护，定期进行清洗和维护，及时更换受损的膜，以保证水处理系统的稳定性和长期运行。
4煤化工废水资源化利用
随着国家环保政策的日益严格，社会对煤工业废水处理技术的研究和突破也更加关注。根据研究，煤化工废水具有很高的再生利用价值，在能源、农业、生态等方面都有广阔的利用空间。
4.1能源转化
4.1.1生产沼气
沼气是一种高效的清洁能源，主要由有机物厌氧分解获得。煤化工废水含有大量的有机物，通过厌氧消化技术，可以将废水中的有机物质分解生成沼气，用来发电、供热，或者制成各类型的燃料。同时，残余的沼渣也可当作优良的有机肥料，进行深度的加工和利用。
4.1.2制成生物质能源
煤化工废水中含有大量固体废弃物，这些固体废弃物是制作生物质能源的良好原材料，可以用于生产生物柴油、生物乙醇等可燃性液体燃料，社会环保价值显著，也可以作为生物质燃料产生其他能源。
4.1.3回收高温废水余热
煤化工部分工艺单元产生的废水温度较高，尤其是煤气化过程，部分废水在进入处理系统时仍保持较高的温度，对部分水处理技术的高效性造成了一定的影响，尤其是对生物处理技术，过高的水温会降低微生物的活性，甚至造成微生物菌群大面积死亡。高温水的余热是一种可收集利用的能源，针对高温废水，国内多名学者研究出余热收集利用装备，并投入了试运行，取得了良好的成效[11]。
4.2农业利用
根据分析研究，煤化工废水中的营养成分比较丰富，可以与传统肥料结合使用，提高农作物产量，同时降低农业对商业化学肥料的依赖，提高土壤肥力和质量。煤化工废水经过适当处理后，可用作灌溉水进入农田，节约地下水资源，废水中的营养物质、微量元素等有益物可以被农作物吸收，实现能源的循环。
4.3城市补水
处理后的煤化工废水可以用于冷却水、清洗水、制造过程用水等，还可以用于城市公园、绿地、花坛等地方的灌溉用水。废水中的有益成分可促进植物生长，提升绿化景观的美感。除此之外，处理后的废水可以用于道路清洗、施工用水等，进一步节约市政用水。
4.4回收结晶盐
煤化工废水中含有高浓度的盐分，在处理过程中产生的污水及剩余高盐分废水处置难度极大。盐是资源，可以通过技术开发和利用进行提纯和收集，例如在河源电厂[12]，专家开发出了“多效蒸发结晶+二级预处理”装置，将盐分从污泥废弃物中进行分离，成功实现了废水的资源化利用。
5结语
在现阶段，煤化工废水的传统处理技术已经相对成熟，但是仍有较大的提升空间。面对化工行业高质量发展的要求，煤化工废水的处理和资源化利用还需不断进行革新，如深化“预处理+膜浓缩”技术处理低盐废水、蒸发结晶处理浓盐水，着重开发更加低碳、清洁的综合性处理技术，大力倡导煤化工废水的工业化、农业化循环利用，探究废水再利用的新思路、新领域，这些都是推动煤化工产业全面高质量发展的有效手段。
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