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(jī)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(jìn)行了簡要介紹和分析，并對焦化廢水處理的前景進(jìn)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(jìn)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(jī)污染物，成分復(fù)雜，是典型的難處理高濃度有機(jī)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(jìn)展及各自的優(yōu)缺點進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jī)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(jī)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(jìn)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(jìn)行氨化作用，將有機(jī)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(jìn)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(jī)物開環(huán)變?yōu)殒湢罨衔?，降低了廢水的毒性，提高了可生化性，同時這些有機(jī)物進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(qiáng)，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(qiáng)、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(jìn)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(jìn)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(tuán)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(jìn)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(qiáng)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(jī)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(qiáng)氧化性羥基對廢水中難以進(jìn)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(jī)和無機(jī)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(jī)物與氧化劑間快速進(jìn)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(jìn)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(jì)效益的同時，取得良好的環(huán)境效益和社會效益。