冶金工業(yè)焦化廢水處理技術(shù)研究

張通

（河鋼集團(tuán)唐鋼公司, 河北唐山 063000）

在煤制焦炭、煤氣凈化與化工產(chǎn)品精制過程中通常會形成一種不容易降解的廢水，即焦化廢水。長期以來它都是一種處理難度系數(shù)較大的工業(yè)廢水。伴隨中國冶金工業(yè)的迅猛發(fā)展，焦炭產(chǎn)能也逐年增加，所形成的焦化廢水量也明顯增多，其廢水治理問題也受到高度關(guān)注。另外，“十二五”規(guī)定中明確要求，單位工業(yè)增加值用水量應(yīng)減少30%，以緩解日益嚴(yán)峻的水資源不足問題［1］?；诖耍瑢ふ腋咝?、經(jīng)濟(jì)劃算的焦化廢水治理技術(shù)成為當(dāng)前工業(yè)廢水治理領(lǐng)域的一項(xiàng)重要任務(wù)。

1 焦化廢水的來源與危害性

1.1 焦化廢水的主要來源渠道

焦炭與煤氣是經(jīng)煤炭高溫裂解處理后所形成的物質(zhì)，在此生產(chǎn)過程中也會產(chǎn)生一些副產(chǎn)品，如焦化廢水，它包括回收焦油、苯等物質(zhì)，它的來源包括以下幾種：

（1）煤在高溫干餾的冷卻中所形成的余下氨水，或者冷卻荒煤氣所形成的剩余氨水。

（2）粗焦油加工、苯精制、精酚生成、古馬隆生成等環(huán)節(jié)形成的污水。

（3）煤氣凈化環(huán)節(jié)所形成的粗苯分離水與煤氣終冷水。

（4）與煤、焦粉塵等物質(zhì)相接觸后形成的廢水。

以上四種廢水中比例占50%～70%的成分就是剩余氨水，因此屬于焦化廢水處理的關(guān)鍵。

1.2 焦化廢水具有的特征與危害

（1）成分極其復(fù)雜：就焦化廢水的成分來看，非常復(fù)雜，主要包括無機(jī)污染物與有機(jī)污染物兩類。其中，無機(jī)污染物大部分的存在形式為銨鹽，有機(jī)污染物成分相對復(fù)雜，有酚類化合物、雜環(huán)類化合物、多環(huán)芳烴、脂肪族化合物等。有機(jī)污染物中占比較高的成分應(yīng)為酚類化合物，約為85%。酚類化合物主要包括苯酚、鄰甲酚、對甲酚、鄰對甲酚、二甲酚、鄰苯二甲苯及其同系物等。萘、蒽、菲等屬于多環(huán)類化合物的成分。而雜環(huán)類化合物的成分主要為氮雜聯(lián)苯、吡啶、二氮雜苯等［2］。

（2）毒性強(qiáng)：這類廢水中存在的很多物質(zhì)都對微生物有一定的毒害作用，如稠環(huán)、雜環(huán)、氰化物、芳環(huán)等化合物。有的毒性物質(zhì)在廢水中的濃度甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出微生物的最高耐受水平。

（3）存在劇毒與致癌物質(zhì)，威脅水生生物與人類安全：這里所指的毒害物質(zhì)包括氨氮、環(huán)鏈有機(jī)化合物、疊氮化合物等。它們將對生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重影響，也對人類健康造成危害。若直接喝下含有這些物質(zhì)的污水或長時(shí)間處在含有這些物質(zhì)的大氣環(huán)境下，人類身體將受到嚴(yán)重危害，甚至誘發(fā)癌癥。另外，個(gè)別物質(zhì)能夠在動植物體內(nèi)富集，從而使?jié)舛葷饪s數(shù)倍，并經(jīng)食物鏈最終危害人類健康。耗氧類物質(zhì)屬于焦化廢水中常見的一種含碳類化合物，會導(dǎo)致水中溶解氧大量減少，甚至造成水體腐化。焦化廢水中存在的含氮類物質(zhì)容易引起的水污染問題就是水體富營養(yǎng)化，促使大量藻類形成，破壞水體生物的生存環(huán)境。另外，在水中氨氮物質(zhì)可以轉(zhuǎn)變成硝態(tài)氮，若嬰幼兒喝了這種污染水容易誘發(fā)白血病。

（4）物質(zhì)降解難：焦化廢水中存在很多不易降解的物質(zhì)，可生化性不好。其中，焦化廢水中有機(jī)物（以COD計(jì)算），焦化廢水中有機(jī)物的比重高，而且大部分有機(jī)物都是吲哚、吡啶等雜環(huán)化合物、香族化合物和稠環(huán)化合物，它們的BOD5和COD偏低，通常保持在0.3～0.4左右。也就是說，有機(jī)物比較穩(wěn)定，微生物很難將其利用，廢水的可生化性差。

2 焦化廢水的傳統(tǒng)治理工藝

2.1 吸附法

該處理技術(shù)是通過吸附原理將廢水中的一些溶質(zhì)吸附掉，從而達(dá)到凈化廢水的目的。一般選用的是多孔性吸附劑，常見的有活性炭、硅藻土、粉煤灰、礦渣、磺化煤。不過，此種治理技術(shù)費(fèi)用偏高，吸附劑非再生，不適合處理濃度高的廢水，因此，多用于廢水的深度處理。有研究專門對焦化廢水深度治理技術(shù)進(jìn)行分析，在生物脫酚處理后向二沉池中添加相關(guān)絮凝劑，同時(shí)，增加焦炭、活性炭吸附塔等設(shè)施，結(jié)果顯示，CODcr去除率在80%～90%左右［3］。

2.2 混凝氣浮法

膠體與懸浮微粒會在水中構(gòu)成一種較為穩(wěn)定的分散體系，而混凝氣浮法首先就會利用聚合硫酸鐵（PFS）破壞掉這一分散體系，從而形成絮凝體。而含有這些絮凝體的溶液會經(jīng)過配水堰進(jìn)入氣浮池內(nèi)，借助微小氣泡去粘附水體中的絮凝體，使其伴隨氣泡上升至水面。然后借助刮泥機(jī)與排泥管道將出現(xiàn)的浮渣收集匯入污染濃縮池內(nèi)繼續(xù)處理。有研究顯示，通過該處理工藝凈化污水，結(jié)果顯示該技術(shù)操作方便、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、溶氣效率高，其不足之處在于進(jìn)水時(shí)如果懸浮物過多，那么出水中懸浮物的含量也會上升，易導(dǎo)致釋放器堵塞［4］。

2.3 A/0技術(shù)

厭氧好氧工藝法也就是所謂的A/O處理技術(shù)，AO是Anoxic Oxic的縮寫，A代表厭氧段，作用是脫氮除磷，O代表好氧段，作用是清除水體中的有機(jī)物。該廢水處理工藝的優(yōu)點(diǎn)在于不僅能降解有機(jī)污染物，而且還具備一定的脫氮除磷效果。因此，一般將其作為活性污泥的前處理步驟，此法就是改良的活性污泥法。首先，廢水進(jìn)入缺氧池內(nèi)，再流進(jìn)好氧池，經(jīng)好氧池流出到沉淀池。然后沉淀池中上層清液部分繼續(xù)回流到缺氧池，污泥就回流到好氧池。在好氧池內(nèi)主要發(fā)生硝化反應(yīng)，氨氮經(jīng)氧化作用變?yōu)閬喯跛猁}氮與硝酸鹽氮。而在缺氧池內(nèi)，回水中的硝態(tài)氮與原水中的有機(jī)碳會出現(xiàn)反硝化反應(yīng)，硝態(tài)氮將被還原成氮?dú)狻Ｔ趯?shí)際應(yīng)用中一般會在好氧池中使用活性污泥技術(shù)，缺氧池會被設(shè)計(jì)為生物膜系統(tǒng)，因此，好氧與缺氧兩個(gè)環(huán)節(jié)的微生物不會相混，確保各自在最理想的環(huán)境中生長。

2.4 SBR技術(shù)

序列間歇式活性污泥法就是常見的SBR技術(shù)，本質(zhì)上屬于活性污泥污水處理工藝，采用的是間歇曝氣原理。區(qū)別于傳統(tǒng)污水處理技術(shù)，該技術(shù)通過時(shí)間分割的操作方式取代了空間分割的操作方式，用非穩(wěn)定生化反應(yīng)取代了穩(wěn)態(tài)生化反應(yīng)，用靜置理想沉淀取代了動態(tài)沉淀方式。SBR反應(yīng)池屬于此技術(shù)的關(guān)鍵所在，融合了均化、初沉、生物降解、二沉等作用，因此，無需設(shè)置污泥回流系統(tǒng)?？梢?，SBR技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于費(fèi)用便宜、處理流程簡單、操作與維護(hù)簡單，脫氮除磷效果明顯。特別適合水資源匱乏的區(qū)域，無需增加設(shè)施，在完成生物處理后可開展物化處理，實(shí)現(xiàn)對水的有效回收利用。

3 焦化廢水處理的新工藝

3.1 催化濕式氧化工藝

此廢水處理技術(shù)是在高溫高壓條件下利用催化劑與氧氣將廢水內(nèi)的氨氮及有機(jī)物進(jìn)行氧化，形成無害物質(zhì)，如二氧化碳與氮?dú)狻４颂幚砑夹g(shù)的優(yōu)勢有不少，不僅治理效率高，而且二次污染小、應(yīng)用范圍廣。不過由于需要在高溫高壓的條件，對相關(guān)處理設(shè)備的要求極為嚴(yán)格，投入成本也較高。目前，部分發(fā)達(dá)國家已將其應(yīng)用于對造紙黑液、煤汽化廢水、含氰廢水的處理。

3.2 煙道氣處理工藝

該處理技術(shù)是通過煙道氣來凈化焦化廢水或者焦化剩余氨水，廢水在噴霧塔內(nèi)與煙道氣產(chǎn)生反應(yīng)，廢水將被汽化，而廢水中的氨氣與煙道氣中的二氧化硫、塔內(nèi)的氧氣會產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)形成硫酸銨。另外，利用高溫焙燒爐火鍋可以分解煙塵上的有機(jī)污染物，生成無毒害物質(zhì)，確保排出廢水達(dá)標(biāo)，不會對大氣環(huán)境造成污染。這種處理技術(shù)投資小、運(yùn)行成本低，處理效果明顯。

3.3 固定化細(xì)胞技術(shù)

該技術(shù)又稱為IMC技術(shù)，處理原理是通過相關(guān)理化手段在限定的空間區(qū)域內(nèi)定位相關(guān)酶活游離細(xì)胞，并使其保持活性，能夠反復(fù)被利用。通常可選擇共價(jià)結(jié)合法、吸附法、包埋法、交聯(lián)法等方式制備固定化細(xì)胞。然后，對有機(jī)物進(jìn)行高效降解處理，使用的是高效菌種或遺傳工程菌。這樣不僅反應(yīng)快，細(xì)胞密度高，而且產(chǎn)物分離容易、微生物流失少，同時(shí)，污泥產(chǎn)生量少，反應(yīng)過程易控制，而且能夠清除氯與高濃度難降解有機(jī)物。

3.4 生物強(qiáng)化技術(shù)

該技術(shù)是將從自然界中篩選出的優(yōu)良菌種或利用基因組合技術(shù)獲得的高效菌種添加到該處理系統(tǒng)中用于清除特定的一類有害物質(zhì)。由于提高了水處理的能力與范圍，此技術(shù)在治理焦化廢水領(lǐng)域中發(fā)揮出越來越重要的作用。

3.5 膜生物反應(yīng)器技術(shù)

此污水處理技術(shù)源自上世紀(jì)90年代，融入了生物處理技術(shù)與膜分離技術(shù)。利用膜分離技術(shù)代替了原來接觸氧化法的二沉池，采用的膜具有高效固液分離的特點(diǎn)，從而確保出水水質(zhì)優(yōu)良，能夠直接回用［5］。不過，該技術(shù)的成本高于二沉池，經(jīng)濟(jì)效益也還不高，低于二沉池，因此，阻礙了該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。

4 結(jié)論

綜上所述，在國家加大生態(tài)環(huán)境保護(hù)與污染治理的今天，冶金行業(yè)要實(shí)現(xiàn)更好的發(fā)展必須重視污染廢棄物的處理。其中，焦化廢水屬于冶金工業(yè)廢棄物治理領(lǐng)域的重難點(diǎn)，經(jīng)過多年的發(fā)展已形成了多種處理工藝，逐步提高了焦化廢水的處理效率，但仍有很大的發(fā)展空間。

本文就焦化廢水的傳統(tǒng)處理工藝與新興處理工藝進(jìn)行了梳理，以期為今后相關(guān)技術(shù)的發(fā)展與完善提供參考。目前，關(guān)于焦化廢水的研究方向主要有以下三點(diǎn)：第一，根據(jù)優(yōu)勢互補(bǔ)的原則，將不同處理技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用，開發(fā)聯(lián)用技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)對焦化廢水的根本性治理。第二，遵循工藝改造與設(shè)備改造相結(jié)合的原則，加大對現(xiàn)有技術(shù)、工藝的改造，拓寬其應(yīng)用范圍，提升其治理能力。第三，遵循基礎(chǔ)理論研究與應(yīng)用實(shí)踐相結(jié)合的原則，尋找更多高效、可行的物化處理技術(shù)?？偠灾?，要注重環(huán)境效益、社會效益、經(jīng)濟(jì)效益并重的原則，將焦化廢水處理工藝向低成本、高效率、易操作的方向發(fā)展，最終實(shí)現(xiàn)水資源循環(huán)利用的目標(biāo)。