焦化废水零排放处理工艺设计★

石 柳，霍雨卉，李娟娟

（1.山西工程职业学院，山西 太原 030009；2.东北财经大学，辽宁 大连 116025；3.山西大地生态环境技术研究院有限公司，山西 太原 030009）

0 引言

焦化废水是一种典型的难处理的工业废水，主要来自焦炉煤气初冷、煤焦油等化工副产品的精制和回收过程中的生产用水以及蒸汽冷凝废水。焦化废水具有以下特点：排放量大。数据显示2022 年我国焦炭累计产量约50 000 万t，每生产1 t 焦炭会产生0.4～0.9 m3废水[1]，废水排放量达4.5×108m3；焦化废水来源于不同的生产工段，水质波动大，成分复杂。废水中不仅含有大量的S2-、CN-、氨氮等无机离子，还含有酚类、苯系物、烃类、胺类、呋喃类等90 多种有机物质[2]；废水毒性大、难降解。废水中氰化物等化合物的毒性高，一些有机组分表现出了持久性有机污染物和环境内分泌干扰物的环境特征，对微生物有强烈的抑制作用，导致废水的可生化性能差，废水生化处理系统的抗冲击负荷能力差[3]。因此，焦化废水处理是国内外关注的研究热点。

目前焦化废水处理包括预处理、生化处理和深度处理。预处理包括水量调节、除酚、除油、脱氰、蒸氨等环节，降低后续处理工艺的污染负荷并提高污水的可生化性能。生化处理一般使用活性污泥法或者生物膜法，处理成本低、易操作、效果好。常用方法有缺氧/好氧（A/O）、厌氧/缺氧/好氧（A/A/O）等。深度处理常用方法包括混凝、离子交换、高级氧化技术、膜分离、吸附等[4]，处理后使出水满足排放要求。

近年来，焦化行业环保政策日趋严峻，为贯彻落实山西省委、省政府坚决打好焦化产业污染防治攻坚战，加快推进产业转型升级等一系列部署要求，省内先后出台了《山西省焦化产业打好污染防治攻坚战推动转型升级实施方案》《山西省焦化产业高质量绿色发展三年行动计划》等文件。其中，废水方面要求进行干熄焦改造、实现废水深度处理和零排放要求。废水零排放是指废水经过适当的组合工艺处理后不直接排放到环境中，回用于生产[5]，减少废水污染物对周边环境的影响。现有焦化企业在干熄焦改造过程中，原有废水处理系统的尾水没有合适的出路。因此，设计合理的焦化废水零排放处理工艺，实现污水回用的实施迫在眉睫。

本研究从预处理、生化处理系统和深度处理系统对某焦化废水处理工艺进行设计，处理后出水实现达标回用。本研究对焦化行业废水污染防治工作具有良好的借鉴作用。

1 污水水质概况及出水处理要求

1.1 污水水质概况

某企业是一家集采掘、洗煤、炼焦、化工于一体的闭合式、全循环、全产业链的现代煤化工企业。企业现拟实施厂区废水零排放项目，计划对两个焦化厂生化处理站废水、LNG 项目混合废水以及新建甲烷提氢项目废水进行深度处理，处理后全部用于循环系统补充水，实现废水零排放。

本项目废水划分为三大类：第一类废水主要为甲醇联产LNG 项目含油废水，氢能项目螺杆机、往复机含油废水，水量为25 m3/h；第二类废水主要为厂区循环排污水、干熄焦循环水、锅炉排污水及生化污水处理站出水，水量为210 m3/h；第三类废水主要为甲醇联产LNG 项目电渗析盐水、循环水，氢能项目循环水、冲洗废水等，水量为265 m3/h。合计设计处理水量为500 m3/h。设计进水水质如表1 所示。

表1 设计进水水质表

1.2 出水处理要求

出水水质满足《工业循环冷却水处理设计规范》（GB/T 50050—2017）中的再生水用于循环冷却水系统补充水的水质指标要求，处理后的出水全部送厂区循环水系统做补充水。出水水质指标具体见表2。

表2 出水水质表

2 污水处理工艺设计

根据《焦化废水治理工程技术规范》（HJ 2022—2012）推荐的焦化废水治理路线“物化处理+预处理+生化处理+后处理+深度净化处理”，其中，含油废水在预处理阶段采用隔油、气浮方式先进行出油，生化处理阶段采用活性污泥法或生物膜法降解废水中的COD 及氨氮等污染物，后处理采用絮凝沉淀过滤方式，深度净化处理推荐采用强氧化方式或膜法+脱盐处理。

根据《炼焦化学工业污染防治可行技术指南》（HJ 2306—2018）中推荐的废水治理技术，其中，预处理除油采用气浮除油技术。生物处理采用一级脱氮处理如A/O、A/A/O、好氧/缺氧/好氧（O/A/O）、缺氧/好氧/好氧（A/O/O）。对于对总氮排放有更严格要求的废水生化处理还可以采用二级A/O 技术。后处理通常采用混凝沉淀技术，深度处理采用高级氧化（臭氧氧化技术、芬顿氧化技术）或吸附处理（活性炭或树脂）技术，也可采用超滤、反渗透技术。

本项目处理工艺分两个系统，其中，预处理及生化处理系统采用“隔油+气浮+陶瓷分子膜+A/O+生物循环流化床+高效软化+曝气生物滤池”工艺，浓缩及蒸发结晶系统采用“超滤+反渗透+浓水雾化+浓水软化树脂+纳滤+两级高压反渗透+多效蒸发”工艺，符合上述《焦化废水治理工程技术规范》（HJ 2022—2012）、《炼焦化学工业污染防治可行技术指南》（HJ 2306—2018）推荐废水治理技术，或更优于上述推荐技术，具体工艺流程描述如下。

2.1 预处理及生化处理系统

预处理及生化处理系统采用“隔油+气浮+陶瓷分子膜+A/O+生物循环流化床+高效软化+曝气生物滤池”工艺，工艺流程如图1 所示。第一类废水进入隔油池及高效气浮装置，去除水中的悬浮物和油类物质，出水进入无机陶瓷分子膜系统，通过膜系统的特殊选择分离功能，将废水中的杂质分离出来。无机陶瓷分子膜系统出水进入A/O 系统，其中，缺氧池主要进行反硝化以去除污水中的NH3-N，并降解有机物。好氧池对污水中含碳有机物进行降解和硝化反应，随后进入二沉池通过重力沉降去除废水挟带的生物膜等悬浮物。

图1 预处理及生化处理系统工艺流程图

二沉池出水和第二类废水进入生物循环流化床，通过生物吸附及进一步的生物强降解，降低废水的CODcr和色度，然后经提升水泵进入高效旋流分离装置进行絮凝、沉淀。

生物循环流化床出水和第三类废水由中间水池提升进入高效软化沉淀池，通过双碱法有效降低水中的硬度。高效软化沉淀池出水进入曝气生物滤池进行过滤，出水进入深度处理阶段。

2.2 浓缩及蒸发结晶系统（深度处理）

浓缩及蒸发结晶系统采用“超滤+反渗透+浓水雾化+浓水软化树脂+纳滤+两级高压反渗透+多效蒸发”工艺，工艺流程如图2 所示。

图2 浓缩及蒸发结晶系统工艺流程图

深度处理段废水先进入超滤系统中，去除水中悬浮物质。超滤系统产水进入反渗透系统，反渗透产水率按照60%设计，反渗透产水进入清水池，浓水进入臭氧催化氧化塔，臭氧与UV 光氧系统在专用的催化剂作用下进行协同氧化反应，氧化分解污水中难降解的有机物。

催化氧化塔出水进入浓水雾化系统和浓水软化树脂，去除水中的钙、镁等。软化树脂出水进入纳滤系统，纳滤产水率按照90%设计，纳滤产水进入高压反渗透系统浓缩，高压反渗透产水率按照66%设计，产水进入清水池中，浓水进入超高压反渗透系统再进行进一步浓缩处理，产水率为50%，产水进入清水池中。超高压反渗透系统浓水与纳滤系统浓水混合进入多效蒸发结晶系统进行蒸发处理，多效蒸发结晶系统采用多效蒸发器，将浓水中的盐分以固体形态析出作为混盐处理，减少二次污染及污染转移。

3 结语

本设计方案可处理企业大量的焦化废水和其他废水，实现废水零排放及提高循环水利用率，不仅能够做到满足现行环保政策及相关标准要求，减少废水污染物对周边环境的影响，改善区域环境质量，同时能够提高企业生产效率，降低企业单位生产水耗，方案具有明显的环境效益。此外，本方案作为焦化企业废水处理零排放的案例，对山西省焦化行业污染防治工作具有良好的借鉴作用，从而促进社会的可持续发展，具有良好的社会效益。