随着煤化工行业日益严格的废水处理和回用要求，需要寻求更为稳定可靠的处理工艺和手段。本文通过对碎煤加压气化废水的水质成分分析，提出了该类废水处理和回用的工艺方案和对策，以及在工艺设计过程中应注意的问题。
1、碎煤加压气化废水的来源、组成及构成分析
碎煤加压气化废水的来源、组成及构成与实际项目的产品、工艺路线及采用的煤种等有关，不同的项目水质有一定的差别。
1．1 废水来源
碎煤加压气化废水主要来自酚回收装置、低温甲醇洗装置、甲烷化装置等排放的废水，以及生活污水、厂区地面冲洗水、初期雨水等，其中酚回收装置的塔底部排放的气化废水占整个煤制天然气装置废水量的80％以上，是煤制天然气废水的主要来源。某煤制天然气项目排放的废水总量为980m3／h，其中酚回收装置的塔底部排水量为800m3／h。
1．2 废水水质
某煤制天然气项目实测碎煤加压气化废水水质主要指标、废水中有机物构成及其CODCr当量见表1、表2。
从表2可以看出，碎煤加压气化废水中酚类（含衍生物）物质占52％，喹啉类占24％，乙苯占5％，此外还含有少量的吲哚、吡啶等物质，可见碎煤加压气化废水成分复杂，有机物种类多，毒性大，污染程度高，处理难度大。
2、工艺方案的选择
从碎煤加压气化废水的水质组分可以看出，废水中含有油、悬浮物、CODCr、氨氮等污染物质，并含有大量的难降解的有机物质和有毒物质，水质成分复杂，对于该类废水，废水处理主要采用的工艺路线为三段处理，即预处理、生化处理、深度处理；废水回用主要采用的工艺路线为预处理和脱盐处理。
2．1 废水处理
2．1．1 预处理
预处理的主要目的是去除对后续生化处理有影响的污染物，碎煤加压气化废水中含有油和悬浮物，是预处理的重点。油的去除通常有隔油、气浮等方法，通过隔油去除浮油，通过气浮加药去除废水中的乳化油；悬浮物的去除通常有沉淀、气浮、过滤等，其中气浮加药不仅可去除悬浮物，同时可以去除废水中的胶体物质，在去除悬浮物的同时去除废水中的部分CODCr。上述方法可根据水质、工艺的组合情况选用，但在气浮工艺选择时，需要注意处理过程中产生的大量泡沫。
2．1．2 生化处理
生化处理是利用微生物的新陈代谢作用，对废水中的有机污染物和氨氮进行分解转化，使其终转化为CO2、H2O、N2等无害物质。碎煤加压气化废水CODCr的质量浓度为3506mg／L，m（BOD5）／m（CODCr）值为0．33，属可生化的废水，可采用生化处理工艺，此类工艺主要有好氧处理法和厌氧处理法。根据实际运行结果，单独采用好氧或厌氧工艺对碎煤加压气化废水处理难以取得预期效果，厌氧－好氧组合工艺被广泛应用于煤化工废水的处理，并取得了较好的处理效果。
厌氧工艺普遍基于上流式厌氧污泥床工艺并对其进行结构上的改进，好氧工艺主要包括基于活性污泥法的序批式活性污泥法（SBR）、循环式活性污泥法（CAST）、A／O（或多级A／O）、A2／O、MBR以及部分基于生物膜法的接触氧化等，好氧工艺呈现出丰富的多样性。根据实际调研结果发现，目前A／O工艺在煤气化、焦化废水处理中均有大量应用，其运行稳定可靠，总氮脱除率高，投资及运行成本适中，操作控制容易，应用为普遍。
2．1．3 深度处理
碎煤加压气化废水中含有大量难生化降解物质，单纯采用生化处理手段很难达到出水要求，一般经过厌氧、A／O生化处理后，CODCr去除率在90％左右，生化出水CODCr的质量浓度在200～400mg／L。采用絮凝沉淀，在合适的条件下，CODCr的去除率可达50％以上；采用单级活性炭吸附可去除40％的CODCr；臭氧氧化生化出水时，可明显提高BOD5浓度，臭氧和BAF联用的工程结果表明，臭氧投加量为15～20mg／L时，CODCr的去除率为30％～40％。对碎煤加压气化废水的深度处理，必须采用絮凝沉淀、气浮、过滤吸附、臭氧、BAF等工艺及其组合，方可保证出水水质达标。
综上所述，根据实际工程案例，碎煤加压气化废水处理可采用如图1所示的工艺流程。
2．2 废水回用
废水回用除了CODCr等指标需要满足回用水要求外，废水中的无机离子是影响回用的主要因素，表1的煤气化废水分析结果表明，废水中无机物主要为重碳酸盐、氯化物、硫酸盐、硅酸盐、钠盐、钙盐、镁盐、铁盐等，总硬度达158mg／L，全盐量高达3542mg／L。含盐量和某些离子不能满足回用水水质要求，尽管有些离子（如铁离子）在废水处理过程中可去除，但大多数的离子无法去除，需要进一步处理。
2．2．1 预处理
预处理主要去除对后续脱盐处理有影响的污染物，包括硬度、悬浮物等。碎煤加压气化废水硬度及碱度均较高，石灰澄清软化是技术可行且经济的预处理方法，目前国内已运行的煤化工废水回用处理大多采用此工艺，且出水效果好，总硬度（以CaCO3计）可控制在80mg／L以下。澄清出水浊度一般在10NTU左右，可采用过滤进一步降低浊度，经过滤出水浊度可控制在2NTU以下，过滤的工艺有砂滤、多介质过滤、纤维过滤等，可根据水量、水质等情况选用。
2．2．2 脱盐处理
目前，在我国已经应用的水的除盐工艺有化学脱盐（即离子交换脱盐水处理）、膜分离技术（作为锅炉补给水处理的预脱盐）、蒸馏法脱盐，以及膜法和离子交换法结合的脱盐工艺等。离子交换水处理技术已相当成熟，适合用于水中含盐量不高的场合，但在处理高氯高盐高硬水时需消耗大量酸、碱，再生液会污染环境；膜分离技术设备紧凑，操作方便，工作环境安全，节约能耗和药剂，其主体分离工艺是反渗透技术，作为反渗透预处理工艺的有超滤技术。对于碎煤加压气化废水，含盐量较高，宜选择膜法作为脱盐工艺，可以根据水质的不同采用各种不同的流程。
综上所述，根据实际工程案例，碎煤加压气化废水回用处理可采用如图2所示的工艺流程。
3、设计中应注意的问题
3．1 选择合适的预处理工艺
碎煤加压气化废水预处理的关键是选择合适的事故池和匀质调节池，其容积的大小是均匀水质和生化处理过程稳定的保证，因此需要通过分析工艺排水规律和事故水的频次确定合理的事故池和匀质调节池容积。此外，预处理需要考虑油、悬浮物的去除等。
3．2 注意厌氧的合理设计
厌氧可以降低毒性物质对生物处理特别是硝化脱氮过程的影响，因此，要想充分发挥厌氧池的功能，保持足够量的厌氧污泥是必要的。建议在厌氧池中放置填料或者采用上流式结构形式。
3．3尽量减少或避免废水盐分增加
废水处理过程中投加必要的药剂是不可避免的，但盐分的增加会给废水回用处理带来难度，因此，选择的废水处理工艺、药剂必须考虑对废水回用的影响，尽量选择对回用水质影响较少的废水处理工艺和药剂。Fenton法可有效去除水中的有机物，但Fenton法的控制条件决定了需要投加大量酸碱调节pH值，增加了废水中的盐分，工艺选择时需慎用。