焦化廢水零排放處理工藝設計★

石 柳，霍雨卉，李娟娟

（1.山西工程職業學院，山西 太原 030009；2.東北財經大學，遼寧 大連 116025；3.山西大地生態環境技術研究院有限公司，山西 太原 030009）

0 引言

焦化廢水是一種典型的難處理的工業廢水，主要來自焦爐煤氣初冷、煤焦油等化工副產品的精制和回收過程中的生產用水以及蒸汽冷凝廢水。焦化廢水具有以下特點：排放量大。數據顯示2022 年我國焦炭累計產量約50 000 萬t，每生產1 t 焦炭會產生0.4～0.9 m3廢水[1]，廢水排放量達4.5×108m3；焦化廢水來源于不同的生產工段，水質波動大，成分復雜。廢水中不僅含有大量的S2-、CN-、氨氮等無機離子，還含有酚類、苯系物、烴類、胺類、呋喃類等90 多種有機物質[2]；廢水毒性大、難降解。廢水中氰化物等化合物的毒性高，一些有機組分表現出了持久性有機污染物和環境內分泌干擾物的環境特征，對微生物有強烈的抑制作用，導致廢水的可生化性能差，廢水生化處理系統的抗沖擊負荷能力差[3]。因此，焦化廢水處理是國內外關注的研究熱點。

目前焦化廢水處理包括預處理、生化處理和深度處理。預處理包括水量調節、除酚、除油、脫氰、蒸氨等環節，降低后續處理工藝的污染負荷并提高污水的可生化性能。生化處理一般使用活性污泥法或者生物膜法，處理成本低、易操作、效果好。常用方法有缺氧/好氧（A/O）、厭氧/缺氧/好氧（A/A/O）等。深度處理常用方法包括混凝、離子交換、高級氧化技術、膜分離、吸附等[4]，處理后使出水滿足排放要求。

近年來，焦化行業環保政策日趨嚴峻，為貫徹落實山西省委、省政府堅決打好焦化產業污染防治攻堅戰，加快推進產業轉型升級等一系列部署要求，省內先后出臺了《山西省焦化產業打好污染防治攻堅戰推動轉型升級實施方案》《山西省焦化產業高質量綠色發展三年行動計劃》等文件。其中，廢水方面要求進行干熄焦改造、實現廢水深度處理和零排放要求。廢水零排放是指廢水經過適當的組合工藝處理后不直接排放到環境中，回用于生產[5]，減少廢水污染物對周邊環境的影響。現有焦化企業在干熄焦改造過程中，原有廢水處理系統的尾水沒有合適的出路。因此，設計合理的焦化廢水零排放處理工藝，實現污水回用的實施迫在眉睫。

本研究從預處理、生化處理系統和深度處理系統對某焦化廢水處理工藝進行設計，處理后出水實現達標回用。本研究對焦化行業廢水污染防治工作具有良好的借鑒作用。

1 污水水質概況及出水處理要求

1.1 污水水質概況

某企業是一家集采掘、洗煤、煉焦、化工于一體的閉合式、全循環、全產業鏈的現代煤化工企業。企業現擬實施廠區廢水零排放項目，計劃對兩個焦化廠生化處理站廢水、LNG 項目混合廢水以及新建甲烷提氫項目廢水進行深度處理，處理后全部用于循環系統補充水，實現廢水零排放。

本項目廢水劃分為三大類：第一類廢水主要為甲醇聯產LNG 項目含油廢水，氫能項目螺桿機、往復機含油廢水，水量為25 m3/h；第二類廢水主要為廠區循環排污水、干熄焦循環水、鍋爐排污水及生化污水處理站出水，水量為210 m3/h；第三類廢水主要為甲醇聯產LNG 項目電滲析鹽水、循環水，氫能項目循環水、沖洗廢水等，水量為265 m3/h。合計設計處理水量為500 m3/h。設計進水水質如表1 所示。

表1 設計進水水質表

1.2 出水處理要求

出水水質滿足《工業循環冷卻水處理設計規范》（GB/T 50050—2017）中的再生水用于循環冷卻水系統補充水的水質指標要求，處理后的出水全部送廠區循環水系統做補充水。出水水質指標具體見表2。

表2 出水水質表

2 污水處理工藝設計

根據《焦化廢水治理工程技術規范》（HJ 2022—2012）推薦的焦化廢水治理路線“物化處理+預處理+生化處理+后處理+深度凈化處理”，其中，含油廢水在預處理階段采用隔油、氣浮方式先進行出油，生化處理階段采用活性污泥法或生物膜法降解廢水中的COD 及氨氮等污染物，后處理采用絮凝沉淀過濾方式，深度凈化處理推薦采用強氧化方式或膜法+脫鹽處理。

根據《煉焦化學工業污染防治可行技術指南》（HJ 2306—2018）中推薦的廢水治理技術，其中，預處理除油采用氣浮除油技術。生物處理采用一級脫氮處理如A/O、A/A/O、好氧/缺氧/好氧（O/A/O）、缺氧/好氧/好氧（A/O/O）。對于對總氮排放有更嚴格要求的廢水生化處理還可以采用二級A/O 技術。后處理通常采用混凝沉淀技術，深度處理采用高級氧化（臭氧氧化技術、芬頓氧化技術）或吸附處理（活性炭或樹脂）技術，也可采用超濾、反滲透技術。

本項目處理工藝分兩個系統，其中，預處理及生化處理系統采用“隔油+氣浮+陶瓷分子膜+A/O+生物循環流化床+高效軟化+曝氣生物濾池”工藝，濃縮及蒸發結晶系統采用“超濾+反滲透+濃水霧化+濃水軟化樹脂+納濾+兩級高壓反滲透+多效蒸發”工藝，符合上述《焦化廢水治理工程技術規范》（HJ 2022—2012）、《煉焦化學工業污染防治可行技術指南》（HJ 2306—2018）推薦廢水治理技術，或更優于上述推薦技術，具體工藝流程描述如下。

2.1 預處理及生化處理系統

預處理及生化處理系統采用“隔油+氣浮+陶瓷分子膜+A/O+生物循環流化床+高效軟化+曝氣生物濾池”工藝，工藝流程如圖1 所示。第一類廢水進入隔油池及高效氣浮裝置，去除水中的懸浮物和油類物質，出水進入無機陶瓷分子膜系統，通過膜系統的特殊選擇分離功能，將廢水中的雜質分離出來。無機陶瓷分子膜系統出水進入A/O 系統，其中，缺氧池主要進行反硝化以去除污水中的NH3-N，并降解有機物。好氧池對污水中含碳有機物進行降解和硝化反應，隨后進入二沉池通過重力沉降去除廢水挾帶的生物膜等懸浮物。

圖1 預處理及生化處理系統工藝流程圖

二沉池出水和第二類廢水進入生物循環流化床，通過生物吸附及進一步的生物強降解，降低廢水的CODcr和色度，然后經提升水泵進入高效旋流分離裝置進行絮凝、沉淀。

生物循環流化床出水和第三類廢水由中間水池提升進入高效軟化沉淀池，通過雙堿法有效降低水中的硬度。高效軟化沉淀池出水進入曝氣生物濾池進行過濾，出水進入深度處理階段。

2.2 濃縮及蒸發結晶系統（深度處理）

濃縮及蒸發結晶系統采用“超濾+反滲透+濃水霧化+濃水軟化樹脂+納濾+兩級高壓反滲透+多效蒸發”工藝，工藝流程如圖2 所示。

圖2 濃縮及蒸發結晶系統工藝流程圖

深度處理段廢水先進入超濾系統中，去除水中懸浮物質。超濾系統產水進入反滲透系統，反滲透產水率按照60%設計，反滲透產水進入清水池，濃水進入臭氧催化氧化塔，臭氧與UV 光氧系統在專用的催化劑作用下進行協同氧化反應，氧化分解污水中難降解的有機物。

催化氧化塔出水進入濃水霧化系統和濃水軟化樹脂，去除水中的鈣、鎂等。軟化樹脂出水進入納濾系統，納濾產水率按照90%設計，納濾產水進入高壓反滲透系統濃縮，高壓反滲透產水率按照66%設計，產水進入清水池中，濃水進入超高壓反滲透系統再進行進一步濃縮處理，產水率為50%，產水進入清水池中。超高壓反滲透系統濃水與納濾系統濃水混合進入多效蒸發結晶系統進行蒸發處理，多效蒸發結晶系統采用多效蒸發器，將濃水中的鹽分以固體形態析出作為混鹽處理，減少二次污染及污染轉移。

3 結語

本設計方案可處理企業大量的焦化廢水和其他廢水，實現廢水零排放及提高循環水利用率，不僅能夠做到滿足現行環保政策及相關標準要求，減少廢水污染物對周邊環境的影響，改善區域環境質量，同時能夠提高企業生產效率，降低企業單位生產水耗，方案具有明顯的環境效益。此外，本方案作為焦化企業廢水處理零排放的案例，對山西省焦化行業污染防治工作具有良好的借鑒作用，從而促進社會的可持續發展，具有良好的社會效益。