冶金工业焦化废水处理技术研究

张通

（河钢集团唐钢公司, 河北唐山 063000）

在煤制焦炭、煤气净化与化工产品精制过程中通常会形成一种不容易降解的废水，即焦化废水。长期以来它都是一种处理难度系数较大的工业废水。伴随中国冶金工业的迅猛发展，焦炭产能也逐年增加，所形成的焦化废水量也明显增多，其废水治理问题也受到高度关注。另外，“十二五”规定中明确要求，单位工业增加值用水量应减少30%，以缓解日益严峻的水资源不足问题［1］。基于此，寻找更高效、经济划算的焦化废水治理技术成为当前工业废水治理领域的一项重要任务。

1 焦化废水的来源与危害性

1.1 焦化废水的主要来源渠道

焦炭与煤气是经煤炭高温裂解处理后所形成的物质，在此生产过程中也会产生一些副产品，如焦化废水，它包括回收焦油、苯等物质，它的来源包括以下几种：

（1）煤在高温干馏的冷却中所形成的余下氨水，或者冷却荒煤气所形成的剩余氨水。

（2）粗焦油加工、苯精制、精酚生成、古马隆生成等环节形成的污水。

（3）煤气净化环节所形成的粗苯分离水与煤气终冷水。

（4）与煤、焦粉尘等物质相接触后形成的废水。

以上四种废水中比例占50%～70%的成分就是剩余氨水，因此属于焦化废水处理的关键。

1.2 焦化废水具有的特征与危害

（1）成分极其复杂：就焦化废水的成分来看，非常复杂，主要包括无机污染物与有机污染物两类。其中，无机污染物大部分的存在形式为铵盐，有机污染物成分相对复杂，有酚类化合物、杂环类化合物、多环芳烃、脂肪族化合物等。有机污染物中占比较高的成分应为酚类化合物，约为85%。酚类化合物主要包括苯酚、邻甲酚、对甲酚、邻对甲酚、二甲酚、邻苯二甲苯及其同系物等。萘、蒽、菲等属于多环类化合物的成分。而杂环类化合物的成分主要为氮杂联苯、吡啶、二氮杂苯等［2］。

（2）毒性强：这类废水中存在的很多物质都对微生物有一定的毒害作用，如稠环、杂环、氰化物、芳环等化合物。有的毒性物质在废水中的浓度甚至远远超出微生物的最高耐受水平。

（3）存在剧毒与致癌物质，威胁水生生物与人类安全：这里所指的毒害物质包括氨氮、环链有机化合物、叠氮化合物等。它们将对生态环境造成严重影响，也对人类健康造成危害。若直接喝下含有这些物质的污水或长时间处在含有这些物质的大气环境下，人类身体将受到严重危害，甚至诱发癌症。另外，个别物质能够在动植物体内富集，从而使浓度浓缩数倍，并经食物链最终危害人类健康。耗氧类物质属于焦化废水中常见的一种含碳类化合物，会导致水中溶解氧大量减少，甚至造成水体腐化。焦化废水中存在的含氮类物质容易引起的水污染问题就是水体富营养化，促使大量藻类形成，破坏水体生物的生存环境。另外，在水中氨氮物质可以转变成硝态氮，若婴幼儿喝了这种污染水容易诱发白血病。

（4）物质降解难：焦化废水中存在很多不易降解的物质，可生化性不好。其中，焦化废水中有机物（以COD计算），焦化废水中有机物的比重高，而且大部分有机物都是吲哚、吡啶等杂环化合物、香族化合物和稠环化合物，它们的BOD5和COD偏低，通常保持在0.3～0.4左右。也就是说，有机物比较稳定，微生物很难将其利用，废水的可生化性差。

2 焦化废水的传统治理工艺

2.1 吸附法

该处理技术是通过吸附原理将废水中的一些溶质吸附掉，从而达到净化废水的目的。一般选用的是多孔性吸附剂，常见的有活性炭、硅藻土、粉煤灰、矿渣、磺化煤。不过，此种治理技术费用偏高，吸附剂非再生，不适合处理浓度高的废水，因此，多用于废水的深度处理。有研究专门对焦化废水深度治理技术进行分析，在生物脱酚处理后向二沉池中添加相关絮凝剂，同时，增加焦炭、活性炭吸附塔等设施，结果显示，CODcr去除率在80%～90%左右［3］。

2.2 混凝气浮法

胶体与悬浮微粒会在水中构成一种较为稳定的分散体系，而混凝气浮法首先就会利用聚合硫酸铁（PFS）破坏掉这一分散体系，从而形成絮凝体。而含有这些絮凝体的溶液会经过配水堰进入气浮池内，借助微小气泡去粘附水体中的絮凝体，使其伴随气泡上升至水面。然后借助刮泥机与排泥管道将出现的浮渣收集汇入污染浓缩池内继续处理。有研究显示，通过该处理工艺净化污水，结果显示该技术操作方便、系统运行稳定、溶气效率高，其不足之处在于进水时如果悬浮物过多，那么出水中悬浮物的含量也会上升，易导致释放器堵塞［4］。

2.3 A/0技术

厌氧好氧工艺法也就是所谓的A/O处理技术，AO是Anoxic Oxic的缩写，A代表厌氧段，作用是脱氮除磷，O代表好氧段，作用是清除水体中的有机物。该废水处理工艺的优点在于不仅能降解有机污染物，而且还具备一定的脱氮除磷效果。因此，一般将其作为活性污泥的前处理步骤，此法就是改良的活性污泥法。首先，废水进入缺氧池内，再流进好氧池，经好氧池流出到沉淀池。然后沉淀池中上层清液部分继续回流到缺氧池，污泥就回流到好氧池。在好氧池内主要发生硝化反应，氨氮经氧化作用变为亚硝酸盐氮与硝酸盐氮。而在缺氧池内，回水中的硝态氮与原水中的有机碳会出现反硝化反应，硝态氮将被还原成氮气。在实际应用中一般会在好氧池中使用活性污泥技术，缺氧池会被设计为生物膜系统，因此，好氧与缺氧两个环节的微生物不会相混，确保各自在最理想的环境中生长。

2.4 SBR技术

序列间歇式活性污泥法就是常见的SBR技术，本质上属于活性污泥污水处理工艺，采用的是间歇曝气原理。区别于传统污水处理技术，该技术通过时间分割的操作方式取代了空间分割的操作方式，用非稳定生化反应取代了稳态生化反应，用静置理想沉淀取代了动态沉淀方式。SBR反应池属于此技术的关键所在，融合了均化、初沉、生物降解、二沉等作用，因此，无需设置污泥回流系统。可见，SBR技术的优点在于费用便宜、处理流程简单、操作与维护简单，脱氮除磷效果明显。特别适合水资源匮乏的区域，无需增加设施，在完成生物处理后可开展物化处理，实现对水的有效回收利用。

3 焦化废水处理的新工艺

3.1 催化湿式氧化工艺

此废水处理技术是在高温高压条件下利用催化剂与氧气将废水内的氨氮及有机物进行氧化，形成无害物质，如二氧化碳与氮气。此处理技术的优势有不少，不仅治理效率高，而且二次污染小、应用范围广。不过由于需要在高温高压的条件，对相关处理设备的要求极为严格，投入成本也较高。目前，部分发达国家已将其应用于对造纸黑液、煤汽化废水、含氰废水的处理。

3.2 烟道气处理工艺

该处理技术是通过烟道气来净化焦化废水或者焦化剩余氨水，废水在喷雾塔内与烟道气产生反应，废水将被汽化，而废水中的氨气与烟道气中的二氧化硫、塔内的氧气会产生化学反应形成硫酸铵。另外，利用高温焙烧炉火锅可以分解烟尘上的有机污染物，生成无毒害物质，确保排出废水达标，不会对大气环境造成污染。这种处理技术投资小、运行成本低，处理效果明显。

3.3 固定化细胞技术

该技术又称为IMC技术，处理原理是通过相关理化手段在限定的空间区域内定位相关酶活游离细胞，并使其保持活性，能够反复被利用。通常可选择共价结合法、吸附法、包埋法、交联法等方式制备固定化细胞。然后，对有机物进行高效降解处理，使用的是高效菌种或遗传工程菌。这样不仅反应快，细胞密度高，而且产物分离容易、微生物流失少，同时，污泥产生量少，反应过程易控制，而且能够清除氯与高浓度难降解有机物。

3.4 生物强化技术

该技术是将从自然界中筛选出的优良菌种或利用基因组合技术获得的高效菌种添加到该处理系统中用于清除特定的一类有害物质。由于提高了水处理的能力与范围，此技术在治理焦化废水领域中发挥出越来越重要的作用。

3.5 膜生物反应器技术

此污水处理技术源自上世纪90年代，融入了生物处理技术与膜分离技术。利用膜分离技术代替了原来接触氧化法的二沉池，采用的膜具有高效固液分离的特点，从而确保出水水质优良，能够直接回用［5］。不过，该技术的成本高于二沉池，经济效益也还不高，低于二沉池，因此，阻碍了该技术的实际应用。

4 结论

综上所述，在国家加大生态环境保护与污染治理的今天，冶金行业要实现更好的发展必须重视污染废弃物的处理。其中，焦化废水属于冶金工业废弃物治理领域的重难点，经过多年的发展已形成了多种处理工艺，逐步提高了焦化废水的处理效率，但仍有很大的发展空间。

本文就焦化废水的传统处理工艺与新兴处理工艺进行了梳理，以期为今后相关技术的发展与完善提供参考。目前，关于焦化废水的研究方向主要有以下三点：第一，根据优势互补的原则，将不同处理技术联合应用，开发联用技术，以实现对焦化废水的根本性治理。第二，遵循工艺改造与设备改造相结合的原则，加大对现有技术、工艺的改造，拓宽其应用范围，提升其治理能力。第三，遵循基础理论研究与应用实践相结合的原则，寻找更多高效、可行的物化处理技术。总而言之，要注重环境效益、社会效益、经济效益并重的原则，将焦化废水处理工艺向低成本、高效率、易操作的方向发展，最终实现水资源循环利用的目标。