高盐煤化工废水：污染物归宿与综合处理策略

《Desalination》：High-salinity coal chemical wastewater: Pollutant fate and integrated treatment strategies

　　

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  高盐度调控难降解有机物的迁移与富集。
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  耦合生物、氧化与膜工艺可提升处理效率。
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  有机物去除、水回用与盐分回收需全过程协同。
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  未来系统应整合选择性盐分回收与智能调控。

引言

煤化工产业是煤炭清洁转化与高值化利用的重要途径，包括煤气化、煤液化、煤制油、煤制烯烃和煤制甲醇等工艺[1]、[2]。这些过程产生大量成分复杂的废水，其特性与原料煤质、设备配置、分离方法和操作条件密切相关[3]。与常规工业废水不同，煤化工废水含有酚类化合物、含氮杂环化合物、多环芳烃（PAHs）、氨氮（NH₄⁺-N）、氰化物、硫氰酸盐以及多种无机盐类，通常具有高盐度、高有机负荷、高毒性、可生化性差和水质波动大等特征[4]、[5]。近年来，在水回用和零排放要求日益严格的背景下，煤化工行业废水处理已转向强化有机污染物去除、改善出水水质、减量化制盐和盐分回收以及副产物资源化利用[6]、[7]。如表1所示，煤化工废水含有高浓度的关键污染物，包括化学需氧量（COD）、Cr和总酚，同时NH₄⁺-N、苯系物及其衍生物浓度也很高；在某些情况下，重金属也可能超标。针对不同废水水流，处理策略应强化预处理阶段的固液分离，增强主处理段的生物降解，并集成高级氧化和/或膜过滤，以实现达标排放并提高水回用效率。由于煤化工废水具有高生物毒性和难降解性，单一处理单元往往难以保证稳定达标，需要采用预处理、生物处理和深度处理相结合的多级集成处理工艺。在实际应用中，煤化工废水处理通常依赖预处理、生物处理和深度处理的集成工艺，以降低污染物负荷、减轻生物毒性并提高难降解有机物的去除率，从而实现COD、酚类、NH₄⁺-N和持久性有机污染物的协同控制[8]、[9]。因此，煤化工废水处理应优先考虑酚氨回收、降毒和可生化性提升。

高盐度显著影响煤化工废水处理系统的运行性能和长期稳定性，从而影响其有效处理。高盐浓度会破坏微生物细胞的渗透平衡，抑制关键酶活性，干扰代谢途径，从而降低常规生物工艺去除复杂有机化合物和NH₄⁺-N的效率[17]。在物化处理单元中，酚类衍生物、杂环化合物和多环芳烃等难降解化合物可能在处理过程中累积，加剧膜污染、浓差极化、结垢和有机物穿透[18]。无机组分之间的相互作用，包括Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2?、Cl^?、硅/硅酸盐类以及F^?，会促进沉淀和结晶，从而损坏膜材料、增加蒸发浓缩成本并降低回收盐产品的质量[19]。因此，有效处理需要全面理解有机物的降解机理、盐分迁移行为和资源回收路径[20]。

根据生态环境部《2024年中国生态环境统计年报》，2024年中国工业废水源排放COD 3.08×10⁵吨、NH₄⁺-N 1.0×10⁴吨、总氮7.4×10⁴吨。这些数据表明，工业废水仍是中国水污染防治的重点对象。煤化工废水是典型的高强度工业废水，具有高COD、高酚类和高NH₄⁺-N浓度、高盐度以及可生化性差的特点；因此，其处理对于污染控制至关重要。在近零排放背景下，煤化工废水中高盐度及伴生副产物的有效管理已成为制约煤化工行业可持续发展的关键瓶颈。近年来，以强化预处理、生物处理、高级氧化、膜分离、蒸发结晶和分盐回收为核心的集成处理系统日益受到关注。预处理主要去除油类、浊度、硬度、硅和大分子有机物，为下游膜处理和热法处理单元的稳定运行创造有利条件[18]；生物处理适用于去除大量可生物降解有机物和含氮污染物，但其稳健性取决于耐盐微生物群落的驯化和工艺强化以提高抗盐度冲击能力[21]；高级氧化可通过断链、开环和官能团转化降低难降解有机物的结构稳定性，从而在提高可生化性和进一步降低残余COD方面发挥重要作用；膜分离和蒸发结晶可实现水回用、盐分浓缩、卤水减量和结晶盐生产[19]。以往关于煤化工废水的综述主要集中于单一处理技术的分类和性能，包括预处理、生物处理、高级氧化和酚氨回收[22]、[23]。尽管这些研究提供了关于污染物去除和工艺优化的有价值信息，但残余有机物、盐分和结垢组分在连续处理单元中的迁移和逐步富集问题受到的关注相对有限。特别是，上游污染物去除、膜浓缩液特性、蒸发稳定性和结晶盐品质之间的关联尚未被充分整合到一个统一的过程层面框架中。因此，本综述以高盐度难降解废水处理和资源回收为核心主题，聚焦处理全流程中的污染物归趋和单元间耦合，而非孤立评估单一技术。重点强调深度有机物削减、膜浓缩、卤水减量、选择性盐分分离和结晶盐品质之间的关系。从工程角度出发，该框架为识别污染物在集成处理系统中的转移或富集位置，以及将上游控制策略与下游水回用和盐分回收需求相匹配提供了依据。

章节片段

废水来源与特征

煤化工废水通常是来自多个来源的复杂混合物，包括工艺冷凝液、循环冷却排污水、脱盐浓水和回用浓水以及蒸发结晶母液。其组成受原料煤性质、气化路线、产品方案、预处理策略和水循环比的影响显著[3]、[24]。不同废水水流在有机物方面存在显著差异

关键处理技术

以下处理技术的评估不仅依据其去除性能，还考虑它们如何改变处理全流程中的污染物归趋。预处理控制油类、胶体、结垢前体和有毒化合物的初始去除或分配；生物处理转化可生物降解有机物，而难降解组分可能残留于生物质或出水中；高级氧化转化持久性有机物；膜分离

有机物去除

有机物去除是处理高盐度难降解煤化工废水的系统中的一个关键上游目标[31]、[96]。如果在膜分离和蒸发结晶之前难降解有机物未被有效控制，后续工艺往往导致污染物转移而非真正去除：膜单元将残余有机物截留并浓缩于卤水水流中，而蒸发结晶则进一步促进其在

当前挑战

在工程应用中，高盐度难降解煤化工废水的处理仍面临若干挑战，包括水质波动、系统稳定性、资源回收质量和运行成本。煤种、生产负荷、气化工艺和水回用比的变化可导致COD、盐度、NH₄⁺-N、硬度、硅和特征性有毒污染物发生波动。生物系统对盐度胁迫和毒性冲击敏感，

结论

高盐度难降解煤化工废水的处理和资源回收已从常规污染控制问题演变为涉及水回用、盐分分离、卤水减量和产品盐品质控制的复杂系统工程挑战。在该废水中，有机污染物具有多样化的结构；含氮和含硫组分具有相对较高的毒性；盐分、硬度离子、硅氟组分和微量

CRediT作者贡献声明

张华林：写作 – 初稿、可视化、调查、经费获取、概念化。刘青：写作 – 初稿、调查、形式分析。孙琦：软件、资源、调查、形式分析、数据管理。向文军：写作 – 审阅与编辑、可视化、监督、经费获取。李廷刚：写作 – 审阅与编辑、项目管理、形式分析、数据管理。

利益冲突声明

作者声明，他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本文所报告的工作。

致谢

本研究得到内蒙古自治区科技创新重大示范专项（2025ZDSF0026-1）、四川省教育厅农村低成本环境治理技术高校重点实验室2026年度开放基金项目（XCH2026ZA-2）、四川文理学院专项基金（2025GCC36XZ）、四川省绿色催化重点实验室项目的资助

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