焦化廢水處理與資源化利用關鍵技術分析

張杰琦

（太原市生態環境監測與科學研究中心，山西 太原 030002）

2021 年12 月28 日，國務院印發的《“十四五”節能減排綜合工作方案》提出，以鋼鐵、有色金屬、建材、石化化工等行業為重點，開展重點行業清潔生產和工業廢水資源化利用改造[1]。焦化企業在生產過程中，很多環節都會產生高濃度、難降解的工業廢水[2]，因此對焦化廢水的處理工藝進行優化，促進廢水的資源化利用，是實現焦化企業清潔化生產、綠色循環發展的需要，也是實現生態環境高標準保護、推動經濟高質量發展的必由之路。

1 焦化廢水主流處理工藝

焦化廢水主要來源于煉焦過程產生的蒸氨廢水、煤氣預冷水、煤氣終冷水、粗苯分離水、管線凝結水、泵軸沖洗水等[3]。焦化廢水含有大量的有機污染物，包括苯酚、烷基苯酚、苯、苯胺等，是一種典型的高濃度、高污染、有毒、難降解的工業廢水[4-5]。

目前，焦化廢水多采用“預處理+生化處理+深度處理”的三級工藝進行處理。其中預處理主要是除去焦化廢水中油類，調節廢水水量和水質[6]，并對可回收的物質進行回收精制；生化處理工藝主要是利用微生物對有機物進行消耗降解；深度處理技術主要對二級生化處理后的尾水進行深度處理[7]。

焦化廢水典型的處理工藝如圖1 所示。

圖1 焦化廢水處理工藝流程圖[8]

1.1 預處理工藝

預處理包括除酚、脫氰、蒸氨、除油等環節，焦化廢水預處理后能夠降低生化處理過程中的污染負荷，并提高廢水的生化性，同時可回收焦化廢水中的氨、氯酚等化工產品[9]。通過加堿可使剩余氨水中氨氮的去除率增加2.8%，利用臭氧氧化預處理技術可提高焦化廢水的可生化性，使BOD/COD 值由0.068提高至0.281[10]。

1.2 生化處理工藝

生化處理作為焦化廢水處理過程中的二級處理單元，一般以活性污泥法為主，采用厭氧和好氧兩級生物反應的工藝，或多種工藝的組合處理。經兩級好氧處理后，COD、酚類、硫氰化物、氨氮的去除率可分別達到90.7%、98.9%、98.6%、99.9%[4]。

劉建[5]對山東兗礦國際焦化有限公司焦化廢水生化處理A2/O 法進行研究，發現經厭氧后COD 和氨氮的去除率分別為75%和30%，好氧池COD 和氨氮的去除率分別為20%和65%。馬艷霞等[11]分別從投資費用、操作管理、處理效果、出水水質等方面對活性污泥法、A/O 法、A2/O 法、A/O2法、A2/O2法進行了比較（見表1），發現活性污泥法、A/O 法處理流程最短，投資最少，但處理效果相對較差，處理后的廢水COD、氨氮、總氰化物出水水質不能達標排放，A/O2法一級厭氧對氨氮的處理效率不高，給后續處理帶來一定的困難，A2/O2法對氨氮的處理效果最好。

表1 焦化廢水生化處理工藝對比表

1.3 深度處理工藝

深度處理主要是對生化處理后出水水質中的COD 和氨氮等污染物做進一步處理，包括混凝沉淀、吸附、脫色、高級氧化等。其中混凝沉淀、吸附、脫色處理用于對出水水質要求不高的回用水質或達標排放，可視為簡單的深度處理或深度處理的預處理。柳鋼焦化廢水深度處理系統采用樹脂吸附技術，進水水質懸浮物質量濃度為29～123 mg/L、平均61.55 mg/L，COD 質量濃度為97～214 mg/L、平均155.58 mg/L，色度200 度～700 度、平均495 度，經處理后出水水質懸浮物質量濃度為10～36 mg/L、平均18.64 mg/L，COD 為50～103 mg/L、平均76.58 mg/L，色度20 度～70 度、平均50 度[12]。

高級氧化法包括Fenton 法、臭氧催化氧化法、電化學氧化法、光催化氧化法等，因其氧化能力強、氧化過程無選擇性等特點[10]，可有效去除焦化廢水中難降解的有機物。明云峰等[13]采用“Fenton 試劑—微電解”方法對焦化廢水中的COD 和色度去除效果進行了實驗，研究發現pH、H2O2投加量、FeSO4投加量及反應時間均影響著COD 和色度的去除效果。在最佳工藝條件下，COD 和色度的去除率分別為74.3%和96.9%。吳丹等[14]以河北某焦化廠生化處理后的廢水為研究對象，采用“Cu-Mn-Co/Al2O3催化臭氧氧化”方法研究了焦化廢水中的COD 和氨氮處理效果，結果表明當臭氧質量濃度為1.16 mg/L、氣體流量為50 L/h 時，反應時間達到80 min 后，COD 和氨氮的濃度保持基本不變，去除率分別為69.28%和87.01%。黃現統等[15]采用電催化氧化法對采用A2/O2法生化處理后的焦化廢水進行了試驗，研究表明當電解電壓為10 V、極板間距為1.5 cm、溶液pH 為6.0、NaCl 的投加量為300 mg/L、電解時間為60 min時，廢水COD 去除率達到60%以上。

以“預處理+生化處理+深度處理”為主要工藝的三級處理技術是目前應用最廣泛的工藝技術[7]。焦化廢水處理技術能否成功應用，主要受三個因素制約：處理效果、投資運行費用以及是否會造成二次污染[16]。隨著節能減排、廢水零排放等環保政策要求的日益嚴格，需要對處理技術進行不斷優化升級，開發應用穩定可靠的廢水深度處理回用技術，該技術也是焦化企業實現焦化廢水資源化回收利用的必然選擇。

2 焦化廢水資源化利用的途徑

廢水資源化利用是從源頭、過程、終端對水資源的全程控制，可實現以最小的水資源消耗量，獲得最大的利用效率。焦化廢水資源化利用的前提條件必須是處理達標，再根據回用水的要求，考慮是否需要采用其他工藝做進一步處理。

根據焦化企業性質的不同采用不同的處理工藝，以使處理后的焦化廢水得到最大限度的資源化利用。鋼鐵焦化聯合企業處理后的焦化廢水可回用于焦化廠以及用于對水質不高的鋼鐵企業濁循環水系統；煤焦聯合企業處理后的焦化廢水可回用于焦化廠以及送往洗煤廠，用作洗煤補充水；獨立焦化廠濕法熄焦處理后的焦化廢水可用于熄焦用水、煤場灑水，干法熄焦須采用深度處理工藝，深度處理的凈水用于生產凈循環水補水，少量濃縮液可用于煤場灑水。柳鋼焦化廢水經樹脂吸附處理后回用于柳鋼高爐沖渣系統，實現了焦化廢水的回收和利用，產生了良好的經濟和社會效益[12]。昆明焦化制氣有限公司采用“生物脫氮+微波+雙膜”工藝處理焦化廢水，出水水質滿足《工業循環冷卻水處理設計規范》（GB 50050—2002）補充新水水質要求，回用于生產循環水系統，并作為鍋爐用水使用[16]。山東鋼鐵集團日照有限公司焦化廢水經“A2O+AO+生物流化床+臭氧紫外催化氧化+膜法”深度處理后，反滲透出水用作循環水的補水，反滲透濃水送至綜合污水處理廠進行納濾處理后用于沖渣處理[17]，實現了焦化廢水的資源化利用。唐山首鋼京唐西山焦化有限責任公司采用“電催化氧化+電絮凝+電氣浮+超濾+反滲透”深度處理工藝，深度處理系統濃水可達到《煉焦化學工業污染物排放標準》中用于洗煤、熄焦和高爐沖渣的水質要求，通過送鋼廠綜合利用實現系統零排放[18]。寶鋼湛江鋼鐵通過采取源頭減量、清濁分流等措施，采用“超濾+納濾+反滲透”深度處理技術，將處理后的焦化廢水回用于淡水循環水補水，濃水用于燒結，實現了焦化廢水的減量化與資源化利用。

3 結語

焦化廢水作為高濃度、高污染、有毒、難降解的工業廢水，對其進行深度處理及資源化利用是降低水資源消耗、提高水資源利用效率、推進企業清潔化生產的需要，也是實現生態環境高標準保護、推動經濟高質量發展的必由之路。同時焦化從業人員需不斷提升自身管理水平和專業技術能力，增強自主創新能力，注重清潔化生產，加強源頭控制、過程監管、終端治理，強化全過程管控，以最小的水資源消耗量，獲得最大的利用效率，努力實現焦化企業綠色循環發展。