焦化废水处理技术

焦化废水处理技术

摘要：焦化废水是煤制焦炭，煤气净化及焦化产品回收过程中产生的高浓度有机废水。其组成成分多，组分复杂，浓度高，毒性大，难降解。随着工业的发展，科技的提高，焦化废水的处理工艺也越来越引起重视。根据焦化废水的物理化学性质，其方法大致分为物理法，化学法，生物法以及组合法，不同的工艺有不同的特点，随着研究不断深入，会有更新更好的工艺出现，以满足可持续发展的目标。

关键词：焦化废水；废水处理；环境污染；治理工艺。

焦化废水主要包括煤气的初冷阶段煤气冷凝水，煤气终冷水，煤气洗涤水和煤气发生站的煤气洗涤水，精苯分离水，气柜废水，焦炉水封水及其它场合产生的污水。焦化废水主要污染物质有COD ，BOD，氰化物，氨氮，悬浮物，苯酚及苯系化合物等。废水中含有数十种无机和有机化合物，其中无机化合物主要是大量铵盐，硫，硫化物，氰化物等;有机化合物除酚外，还有联苯，吡啶，吲哚和喹啉等有机污染物。污染物色度高，属较难生化降解的高浓度有机工业废水。它的超标排放对人类、水产、农作物都构成了很大危害。如何改善和解决焦化废水对环境的污染问题，已成为摆在人们面前的一个迫切需要解决的课题。

1.工艺路线的选择原则

焦化水浓度高、水量大，含有大量有毒有害物质，处理难度大，工艺复杂成本高因此在选择处理技术和流程时，应考虑一下几点。

1.1加强管理，改革工艺

以生产工艺改革入手，减少水量与降低污染物浓度。如降低配煤含量水和蒸汽用量。加强管理，严格控制冷却，净化工艺，使废水量接近计算值。

1.2清污分流

要尽量做到清污分流，特别是冷却水和雨水等不要混入工艺废水。

1.3回收利用

废水中有用物质要先回收后处理，特别是回收高含量的氨和苯，不仅可降低处理难度和成本，而且变害为利。

1.4废水回用

尽量做到一水多用，重复使用，如稀氨水及蒸氨后废水的回用以减少洗氨水

量。避免直接排水，应考虑实行零排放，应在考虑回用的前提下根据回用水质要求进行适当处理，以满足生产要求。因此在选择回用途径时，应先考虑度水质要求不高的工艺，则需做进一步的深度处理。

1.5废水无害化处理

回用后或循环使用后多余的废水，应根据排入水体和去向的要求，进行无害化处理，如排入受纳水，则应处理到排放标准，可考虑二级处理，有的需做深度处理。如排入污水处理厂，视情况作一级或二级处理[1]。

2.废水处理工艺

目前焦化废水一般按常规方法先进行预处理，然后进行生物脱酚二次处理。但是，焦化废水经上述处理后，外排废水中氰化物、COD及氨氮等指标仍然很难达标。针对这种状况，近年来国内外学者开展了大量的研究工作，找到了许多比较有效的焦化废水治理技术。这些方法大致分为化学法、物化法、生物法和循环利用等4类。

2.1化学处理法

2.1.1催化湿式氧化技术

催化湿式氧化技术是在高温、高压条件下，在催化剂作用下，用空气中的氧将溶于水或在水中悬浮的有机物氧化，最终转化为无害物质N２和CO２排放。湿式催化氧化法具有适用范围广、氧化速度快、处理效率高、二次污染低、可回收能量和有用物料等优点。但是，由于其催化剂价格昂贵，处理成本高，且在高温高压条件下运行，对工艺设备要求严格，投资费用高，国内很少将该法用于废水处理。

2.1.2焚烧法

焚烧法治理废水始于20世纪50年代。该法是将废水呈雾状喷入高温燃烧炉中，使水雾完全汽化，让废水中的有机物在炉内氧化，分解成为完全燃烧产物二氧化碳和水及少许无机物灰分。

2.1.3 臭氧氧化法

臭氧是一种强氧化剂，能与废水中大多数有机物，微生物迅速反应，可除去废水中的酚、氰等污染物，并降低其COD、BOD值，同时还可起到脱色、除臭、杀菌的作用。

臭氧的强氧化性可将废水中的污染物快速、有效地除去，而且臭氧在水中很快分解为氧，不会造成二次污染，操作管理简单方便。但是，这种方法也存在投资高、电耗大、处理成本高的缺点。同时若操作不当，臭氧会对周围生物造成危害。因此，目前臭氧氧化法还主要应用于废水的深度处理。

2.1.4 等离子体处理技术

等离子体处理技术是一种高效、低能耗、使用范围广、处理量大的新型环保技术，目前还处于研究阶段。有研究表明，经等离子体处理的焦化废水，有机物大分子被破坏成小分子，可生物降解性大大提高，再经活性污泥法处理，出水的酚、氰、COD指标均有大幅下降，具有发展前景。但处理装置费用较高，有待于进一步研究开发廉价的处理装置。

2.1.5 光催化氧化法

光催化氧化法是由光能引起电子和空隙之间的反应，产生具有较强反应活性的电子，这些电子迁移到颗粒表面,便可以参与和加速氧化还原反应的进行。光催化氧化法对水中酚类物质及其他有机物都有较高的去除率。

2.1.6 电化学氧化技术

电化学水处理技术的基本原理是使污染物在电极上发生直接电化学反应或利用电极表面产生的强氧化性活性物质使污染物发生氧化还原转变。目前的研究表明，电化学氧化法氧化能力强、工艺简单、不产生二次污染，是一种前景比较广阔的废水处理技术。

2.1.7 化学混凝和絮凝

化学混凝和絮凝是用来处理废水中自然沉淀法难以沉淀去除的细小悬浮物及胶体微粒，以降低废水的浊度和色度，但对可溶性有机物无效，常用于焦化废水的深度处理。该法处理费用低，既可以间歇使用也可以连续使用[2]。

2.2 物理化学法

2.2.1 吸附法

吸附法就是采用吸附剂除去污染物的方法。活性炭具有良好的吸附性能和稳定的化学性质，是最常用的一种吸附剂。活性炭吸附法适用于废水的深度处理。但是，由于活性炭再生系统操作难度大，装置运行费用高，在焦化废水处理中未得到推广使用。

2.2.2 利用烟道气处理焦化废水

该方法以废治废，投资省，占地少，运行费用低，处理效果好，环境效益十分显著，是一项十分值得推广的方法。但是此法要求焦化的氨量必须与烟道气所需氨量保持平衡，这就在一定程度上限制了方法的应用范围。

2.3 废水循环利用

将高浓度的焦化废水脱酚，净化除去固体沉淀和轻质焦油后，送往焦炉熄焦，实现酚水闭路循环。从而减少了排污，降低了运行等费用。但是此时的污染物转移问题也值得考虑[3]。

2.4生物处理法

生物处理法是利用微生物氧化分解废水中有机物的方法，常作为焦化废水处理系统中的二级处理。

2.4.1延时曝气

焦化废水在曙气池中的嗶气时间是设计和运行中最重要的参数。它以废水水质和获得活性污泥的最佳凝聚状态作为设计依据。嗶气时间的长短与处理后的水质以及处理成本有关。根据国内外研究表明，延长曝气池的停留时间是提高焦化废水生化处理效果的有效方法。但最佳停留时间的确定，尚需作进一步研究。

2.4.2活性污泥

目前，活性污泥法是一种应用最广泛的焦化废水好氧生物处理技术。这种方法是让生物絮凝体及活性污泥与废水中的有机物充分接触；溶解性的有机物被细胞所吸收和吸附，并最终氧化为最终产物。非溶解性有机物先被转化为溶解性有机物，然后被代谢和利用。

但是采用该技术，出水中的COD、BOD5、NH3-N等污染物指标均难于达标，特别是对NH3-N污染物，几乎没有降解作用。近年来，人们从微生物、反应器及工艺流程几方面着手，研究开发了生物强化技术：生物流化床，固定化生物处理技术及生物脱氮技术等。这些技术的发展使得大多数有机物质实现了生物降解处理，出水水质得到了很大改善，使得生物处理技术成为一项很有发展前景的废水处理技术。

2.4.3生物铁法

铁盐是一种很好的混凝剂，与活性炭污泥混合驯化后，可生成沉淀性能良好的生物铁菌胶团，这种菌胶团与普通的活性污泥胶团不同，呈颗粒状，比表面积大，对强化生化处理有较好的效果。

2.4.4生物法与混凝剂相结合

混凝剂能够增强焦化废水中络合沉降和絮体吸附作用，因而可作为生物处理的后续处理工艺，如采用化学混凝剂作为生化处理的深度处理可具有较高的去除率。

2.4.5生物法与吸附剂相结合

吸附剂具有比表面积较大、有一定的活性等特性，因此可以用来吸附焦化废水中的有机污染物。当焦化废水生化处理的后期添加絮凝剂时废水中的氰化物和C O D达标率分别提高57.7%和35.7%〕。用粉煤灰生物联合去除焦化废水，污染物的去除率可达80%。

2.4.6生物固定化技术

在工业废水处理技术中，采用固定化细胞技术有利于提髙生物反应器内原微生物细胞浓度和纯度，并保持高效菌种，其污泥量少，利于反应器的固液分离，也利于除氨和除去高浓度有机物或某些难降解物质[4]。

2.4.7A2/0工艺

2.4.7.1基本原理

A2/0工艺是生物脱氮技术之一。其基本原理是在有机氮转化为氨氮基础上，通过硝化反应将氨氮转化为亚硝酸氮、硝态氮，再通过反硝化反应将硝态氮转化为氮气从水中逸出而达到脱氮目的。而A2/0是在A/O工艺基础上在"A"池前增设细菌厌氧过程，通过细菌厌氧作用，把焦化废水中的多环有机物开环，酸化水解成低分子有机酸，大大提高水的可生化性，从而使处理效果比A/O法提高[5]。

2.4.7.2硝化反应

即O池过程，将氨氮转化为硝酸盐氮的过程；包括2个基本步骤，第一阶段是由亚硝酸菌将氨氮转化为亚硝酸盐称为亚硝化反应：

NH4++1.5O2—NO2-+H2O

第二阶段是由硝酸菌将亚硝酸盐进一步氧化为硝酸盐称硝化反应：

NO2-+0.5O2—NO3-

2.4.7.3反硝化反应

主要作用是在缺氧条件下，将硝化过程中产生的亚硝酸和硝酸盐在反硝化细菌作用下，利用有机物作为碳源及电子供体还原成氮气从水中逸出达到脱氮目的。

为了使废水水质符合要求进入A2/0系统，首先必须对其进行预处理。预处理主要包括废水收集、加碱蒸固定氨系统和微细气浮系统，主要作用是去除废水中的氨氮和油类物质，使氨氮不大于200m g/L，油类不大于20m g/L，然后进行以A2/0为核心的生化处理过程。

首先，废水经泵提升送入厌氧池，厌氧池中设有组合填料，通过微生物的厌氧作用，将废水中难以生物降解的有机物进行水解、酸化，改善废水的可生化性，研究表明焦化废水中一些难生物降解有机物，如喹啉、萘、二联苯等经厌氧酸化处理后减少较多，同时产生了一些如低分子有机酸、苯甲酸等易生物降解物质。

厌氧池出水和好氧池出水的混合液一道进入缺氧池，池中的反硝化细菌利用原污染水中的有机物作为碳源与电子供体，将NO2- , NO3-还原成氮气逸出，达到脱氮的目的，而有机物同时被氧化分解，释放出能量，供细菌生命活动所需。缺氧池出水与二沉池回流污泥一同流入好氧池，废水中的残余有机物在好氧池中通过微生物在有氧的条件下得到降解，同时将废水中的氨氮通过亚硝化细菌和硝化细菌的作用氧化成NO2-, NO3-。好氧池出水自流入二次沉淀池，在此进行泥水分离，池底分离出来的活性污泥回送入好氧池，分离的上清液流入现有的加速沉淀池，降低出水中S S，并使出水的C O D得以进一步降低。加速澄清池分离出来的上清液一部分回到厌氧池，分离出来的污泥送入剩余污泥处理系统。另一部分分离出的水经过滤器过滤后一部分送熄焦，另一部分送炼铁做冲渣水及终冷补充水，做到全部回用零排放[6]。

总的来看，生物法具有废水处理量大、处理范围广、运行费用相对较低等优点，改进后的新技术使焦化废水处理达到了工程应用要求，从而使得该技术在国内外广泛采用。但是生物降解法的稀释水用量大，处理设施规模大，停留时间长，投资费用较高，对废水的水质条件要求严格，废水的pH值、温度、营养、有毒

物质浓度、进水有机物浓度、溶解氧量等多种因素都会影响到细菌的生长和出水水质，这也就对操作管理提出了较高要求。

2.4.8膜生物反应器（MBR）

膜生物反应器是一种由膜过滤取代传统生化处理技术中二次沉淀池和沙滤池的水处理技术。在传统的生化水处理技术中，如活性污泥法，泥水分离是在二沉池中靠重力作用完成的，其分离效率依赖于活性污泥的沉降特性，沉降性越好，泥水分离效率越高。系统在运行过程中产年大量的剩余污泥，其处置费用占污水处理厂运行费用的25%?40%。而且易出现污泥膨胀，出水中含有悬浮固体，出水水质不理想。针对上述问题，MBR将分离工程中的膜技术应用于废水处理系统，提髙了泥水分离效率,并且由于曝气池中活性污泥浓度的增大和污泥中特效菌（特别是优势菌群）的出现，提髙了生化反应速率。同时，通过降低F/M比减少剩余污泥产生量(甚至为零），从而基本解决了传统活性污泥法存在的突出问题[7]。

与传统的生化水处理技术相比，MBR具有以下主要特点：固液分离率髙、出水水质好、处理效率高、占地空间小、运行管理简单、应用范围广。现在膜生物反应器的处理对象也由原来的城市生活污水，逐渐扩大到各种工业废水，应用前景广阔。

3.结论

焦化废水治理技术能否成功应用，主要受3个因素制约：处理效果、投资运行费用以及是否会造成二次污染。目前的各种治理技术还不能完全满足这三方面的要求。它们各有优缺点，这就需要因地制宜地选择适合自身特点的技术方法，以及对现有方法的有机结合来取得比较满意的效果。同时，还要进一步研究开发处理效果更好、投资运行费用更低、无二次污染、易于操作管理的新技术，这样才能符合可持续发展的战略要求，以达到环境保护与经济发展相协调的目标。