于天翔
（黑龍江省科學(xué)院石油化學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱 150040）
摘 要 ：焦化廢水是一種典型的有毒難降解有機廢水，環(huán)境污染嚴(yán)重，威脅人類健康，因此尋求高效價廉的處理方法具有重要意義。文章就目前的焦化廢水處理工藝進行了簡要介紹和分析，并對焦化廢水處理的前景進行了展望，希望能為同行們提供啟示和幫助。
關(guān)鍵詞 ：焦化廢水；生物脫氮；工藝綜述
前言
焦化廢水是在化工廠煉焦和煤氣生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污水。其主要來自于煤炭中的水分及煉焦過程中產(chǎn)生的化合物組成的剩余氨水；煤氣脫硫和終冷循環(huán)的系統(tǒng)廢水；相關(guān)工段進行副產(chǎn)品回收和精制過程中的產(chǎn)生的分離水；焦油車間的高濃度含油、含酸的廢水以及事故排水。
焦化廢水中含有大量難降解有機污染物，成分復(fù)雜，是典型的難處理高濃度有機廢水，超標(biāo)排放會嚴(yán)重污染環(huán)境，對人們的健康產(chǎn)生威脅。因此，本文針對近年來焦化廢水的主要治理方法、技術(shù)進展及各自的優(yōu)缺點進行綜述。
1 焦化廢水處理工藝
焦化廢水處理工藝目前主要分為三個研究方向：生化處理法、物理化學(xué)法和化學(xué)氧化法。目前國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的還是生化處理法。
1.1 生化處理法
（1）活性污泥法
活性污泥法是將廢水與活性污泥混合攪拌在曝氣池中進行生物分解，隨后微生物經(jīng)沉淀池沉降分離，并根據(jù)工藝需要設(shè)定部分污泥回流，剩余污泥定期進行排除。該工藝對酚、氰去除效果好，對溫度、對 PH 值的要求不嚴(yán)格；缺點是活性污泥對 COD 的處理效率不高，因其不具備反硝化能力，只能發(fā)將廢水中的氮氧化成硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮，這導(dǎo)致了廢水中的氨氮反而高于進水，無法達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。故自上世紀(jì) 90 年代之后，傳統(tǒng)的活性污泥法已經(jīng)不再被我國企業(yè)用于焦化廢水的處理。
（2）生物脫氮技術(shù)
由于傳統(tǒng)的活性污泥法有著脫氮效果差等局限性，所以生物脫氮技術(shù)隨之發(fā)展起來。生物脫氮工藝出水較普通活性污泥法水質(zhì)更好，氨氮含量及化學(xué)耗氧量也大大降低。
生物脫氮是利用微生物的生化作用，將廢水中的有機氮經(jīng)過硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)，最后生成氮氣脫去的過程。硝化反應(yīng)是在有氧狀態(tài)下以無機氮為氮源，通過好氧型微生物先將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，再進一步氧化為硝酸鹽，此過程總稱為硝化反應(yīng)；然后在缺氧狀態(tài)下通過反硝化菌將硝酸鹽中的氮還原成氣態(tài)氮，從而達(dá)到氮的去除，這個過程稱為反硝化反應(yīng)。目前生物脫氮技術(shù)已成為焦化廢水處理的核心工藝，常用的有 A/O 法、A2/O 法 A/O2 法和 SBR 法。
A/O 工藝也叫厭氧好氧法，缺氧段在前，好氧段在后串聯(lián)在一起。在缺氧段厭氧菌會進行氨化作用，將有機鏈上的氮氨化成游離氨。后端供養(yǎng)充足的條件下好氧菌的硝化作用又將氨氧化成硝酸鹽。再通過回流至缺氧段進行反硝化作用，最終還原為氮氣逸出，有效達(dá)到了脫氮和降低COD 的目的。但 A/O 法同時存在一些問題，諸如水力停留時間長、回流比大、運行費用高，且污泥在受到?jīng)_擊后，恢復(fù)時間較長。
A2/O 工藝是在 A/O 工藝的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。比起缺氧-好氧工藝，該工藝在缺氧段前增加了一個厭氧段，能將難降解的有機物開環(huán)變?yōu)殒湢罨衔铮档土藦U水的毒性，提高了可生化性，同時這些有機物進入缺氧段就能成為可利用的碳源，無需要額外加入碳源。
A/O2 工藝也是對 A/O 工藝的優(yōu)化，其特點為：可適當(dāng)控制好氧池的含氧量，使第一段沒被完全氧化的氨氮及COD 能夠在第二好氧段被進一步氧化。既提高了污染物的降解比例，又節(jié)省了處理成本。
SBR 法是序批式活性污泥法的簡稱，主要特征是有序的間歇性進行曝氣、沉淀和排水，SBR 池是其工藝核心，均化、初沉、生物降解、終沉等工藝流程全部在 SBR 池中進行，不需要另設(shè)污泥回流系統(tǒng)，使其非常適用于廢水流量變化較大的工廠。SBR 反應(yīng)池生化反應(yīng)能力強，能有效防止污泥膨脹。但該工藝非常依賴自動化控制，并且排水時不能攪動沉淀污泥層，因而需要專門的排水設(shè)備，目前在國內(nèi)焦化廢水處理方面尚未大規(guī)模投入應(yīng)用。
（3）生物流化床
流化床反應(yīng)器是一種固體顆粒與氣相、液相、氣液相之間混合傳質(zhì)、傳熱的設(shè)備。與傳統(tǒng)活性污泥法及生物膜
法相比，生物流化床法的優(yōu)勢是占地面積小、耐沖擊負(fù)荷能力強、污染物高度富集生物量大。但是，該工藝還屬較新的污水處理工藝，如何準(zhǔn)確地控制氣、液、固三相協(xié)調(diào)的操作條件，以及目前的運營成本相對過大都是該工藝面臨的主要問題。
1.2 物理化學(xué)法
為使焦化廢水處理后達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，工藝中會增加一些物理化學(xué)法工藝用以輔助處理，如生物脫氮工藝的預(yù)處理和后續(xù)階段。
（1）氣浮法。因過多的油類會影響后續(xù)生化處理的效果，通常會將氣浮法用于生物脫氮技術(shù)的預(yù)處理階段。利用通入水中的微小氣泡作為載體粘附于廢水中污染物上，使油污上浮至水面，形成泡沫，然后用刮渣設(shè)備從水面刮除，為維持泡沫的穩(wěn)定性，可適當(dāng)投加表面活性劑。氣浮法廣泛用于焦化廢水預(yù)處理階段，可以起到預(yù)曝氣的作用，此外刮出的油類還可以進行回收再利用。
（2）稀釋和氣提。大部分焦化廢水工藝主要都是用生化法處理，故焦化廢水中的一些毒性物質(zhì)勢必對微生物產(chǎn)生抑制，影響處理效果。需要在生化處理前應(yīng)盡可能降低有毒污染物的濃度，將其稀釋到極限濃度以下；氣提法則在預(yù)處理中用于去除一部分氨氮。
（3）混凝沉淀法。焦化廢水經(jīng)生物脫氮工藝處理后，可再用混凝法做進一步處理。向廢水中投加混凝劑，混凝劑都是電解質(zhì)，會中和廢水中的膠體表面所攜帶的電荷，形成膠團從而使水中的污染物發(fā)生凝聚作用而產(chǎn)生沉淀，然后被除去。
（4）吸附法。吸附法是通過利用多孔性固體的吸附性，來回收或去除廢水中污染物的工藝。成本較高，且吸附劑再生較困難，不適合處理高濃度廢水，故多用于處理生化法后出水的進一步凈化。常用硅藻土、粉煤灰和黏土等廉價材料做附劑。
1.3 化學(xué)氧化法
該類方法的優(yōu)點是占地面積小，對廢水中的有毒有害物質(zhì)分解徹底，但由于其成本過高，大多尚處實驗階段。
（1）臭氧法。臭氧法是利用臭氧的強氧化能力將焦化廢水中的污染物氧化為無害物質(zhì)，由于臭氧能與大多數(shù)有機物和微生物發(fā)生作用，同時還具有脫色、除臭、殺菌的作用，采用此法處理后的水質(zhì)較好。為清除徹底一般都會過量添加臭氧，在水中只會分解為氧氣，不會造成二次污染。但是此法存在著投資高、電力消耗大等缺點，另外對設(shè)備要求較高，容易發(fā)生泄漏。因此，臭氧法的研究方向目前主要用于焦化廢水的深度處理。
（2）芬頓試劑法。芬頓試劑是由Fe2+與 H2O2組成的均相催化氧化體系，其分解產(chǎn)生的強氧化性羥基對廢水中難以進行生物降解的物質(zhì)能起到很好的氧化作用，從而降低廢水的色度和 COD。Fenton 試劑反應(yīng)迅速，在很短的時間內(nèi)就能降低焦化廢水中的 COD 含量。
（3）光催化氧化法。在太陽能的利用中光電轉(zhuǎn)化以及光化學(xué)轉(zhuǎn)化一直是十分活躍的研究領(lǐng)域。光催化氧化法是近幾年來快速發(fā)展的一項技術(shù)，所謂光催化反應(yīng)，就是在光的作用下以半導(dǎo)體為催化劑，用光子能量做為活化能，通過光激發(fā)引起氧化-還原反應(yīng)來氧化分解廢水中有機和無機污染物的方法。該工藝流程中不需添加任何化學(xué)物質(zhì)，對水體不會造成二次污染。此外，利用太陽能作為光源，耗能低，反應(yīng)條件溫和，是一種節(jié)能的焦化廢水處理技術(shù)。但是存在光催化劑與廢水的即時分離問題，且對水的PH 值要求比較嚴(yán)格，易受天氣影響等都制約著該法的應(yīng)用。
（4）濕式催化氧化法。此法是一種治理高濃度焦化廢水的新型處理技術(shù)，在高溫（200-280℃）高壓（2-8MP）條件下，用富氧氣體或氧氣作為氧化劑，加以催化劑，使廢水中有機物與氧化劑間快速進行呼吸反應(yīng)，徹底氧化成 H 2 O、CO 2 、和 N 2 等無害成分。該法不涉及污泥二次污染，僅需處理少量的內(nèi)部清洗廢液。當(dāng)達(dá)到一定處理規(guī)模時，還可以熱能形式回收較多能量。濕式催化氧化技術(shù)不需要預(yù)處理和后處理工藝，直接即可達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。適合用于處理生化法無法降解的污染物和化學(xué)需氧量過高的廢水，工藝流程簡單且無二次污染，被認(rèn)為是一種有廣泛工業(yè)應(yīng)用前景的廢水處理新技術(shù)。
2 結(jié)束語
焦化廢水處理工藝的選擇主要根據(jù)處理效果、投資運行費用和污泥的二次污染三個方面的考量。目前來說，生化法具有廢水處理量大、應(yīng)用范圍廣、運行成本低、處理效果好等優(yōu)點，是焦化廢水處理最主要、最成熟的方法；物理化學(xué)法主要用于對生化法的輔助處理；而化學(xué)氧化法由于成本問題而尚處實驗階段。
我國的水環(huán)境現(xiàn)狀已不容樂觀，因此，加大水污染治理力度刻不容緩，生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)遵循清潔生產(chǎn)要求，不斷改進工藝技術(shù)，努力提高污水處理技術(shù)水平和水資源利用率，從源頭上減少水污染物排放量，在取得良好經(jīng)濟效益的同時，取得良好的環(huán)境效益和社會效益。