【摘要】焦化廢水處理中COD及色度問題一直是困擾焦化企業環保達標的關鍵問題。確保焦化廢水穩定達標處理以及經濟有效地運行，須將廢水生化處理與深度處理有效結合。生化處理出水采用活性炭脫色+絮凝沉降工藝是保障焦化廢水出水穩定達標運行的有效方式，解決影響活性炭吸附脫色加絮凝沉淀工藝的有害因素是確保廢水處理經濟運行的必要條件。
引言
焦化廢水主要來自煉焦、煤氣凈化及化工產品的精制等過程，排放量大，水質成分復雜；其中所含的污染物可分為無機污染物和有機污染物兩大類。無機污染物一般以銨鹽的形式存在。有機污染物除酚類化合物外，還包括脂肪族化合物、雜環類化合物和多環芳香烴等；其中以酚類化合物為主，占總有機物的85%左右。
國內焦化廢水處理普遍采用生物法脫酚脫氮，但生化處理出水指標單靠一、二級生化處理不能使出水達到國家規定的排放標準，主要是出水中的COD、色度、懸浮物很難達標；排向自然水體會造成很大的危害并給廢水循環使用帶來困難。多數鋼鐵企業在生化處理出水后，采用國內比較成熟的投加絮凝藥劑的方式進一步提高出水水質，但效果仍然與國家標準相距甚遠。主要原因在于，生化系統出水中的難降解復雜有機物帶有顯色官能基團，致使廢水指標中COD、色度很難達標。
隨著環保排放指標的收緊，國內鋼企及科研院校投人大量精力對焦化廢水深度處理進行研究與實踐。焦化廢水深度處理工藝大致分幾個方向：
1、膜處理技術；
2、氧化分解(臭氧或電離)技術；
3、活性炭吸附沉淀去除技術。
本文依據重鋼新區焦化廢水處理工程實例，就焦化廢水深度處理活性炭吸附沉淀去除技術的影響因素及解決辦法進行探討。
一、重鋼新區焦化廢水處理狀況
1 處理工藝
截止2012年年底，重鋼新區焦化廠達到年產360萬t焦炭生產規模。焦化廢水（蒸氨廢水）產生量約為95~100m3/h；處理后系統出水總量控制在220-240m3/h，系統出水全年穩定達到國家排放標準，為后續實現系統出水回用創造了良好的條件，實現了焦化廢水零排放的環保搬遷目標。
重鋼新區焦化廢水處理系統工藝采用：生物好氧預處理+A/O（硝化-反硝化）+物化深度處理（吸附脫色與絮凝沉淀）相結合工藝。廢水進入生化預處理前，在均和池內加入焦化廠生產過程產生的微污染水（諸如循環冷卻排污水廠區地坪收集水）對蒸氨廢水進行污染因子稀釋（稀釋比控制在1:1左右）。生化處理出水投加粉狀活性炭、絮凝劑、助凝劑進行脫色、降低COD、去除懸浮物。達標廢水送至鐵廠作為沖渣水、產業公司作為爐渣降溫水等使用。生化處理過程產生的剩余污泥和深度處理收集的混凝污泥匯集至污泥濃縮池，通過帶式污泥脫水裝置處理，泥餅終作為燃料無害化處置。工藝流程圖見圖1。
2 進出水狀況
重鋼新區焦化廠生產過程產生的廢水包括剩余氨水、煤氣終冷水、煤氣輸送管道水封水、粗苯分離水和焦油精制廢水。焦化廢水經過導熱油蒸氨后輸送至廢水處理站調節池，微污染廢水直接進入廢水站均和池。設計進水指標見表1，設計出水水質見表2。
表1 蒸氨廢水水質表(mg/l)
| 揮發酚 | 氰化物 | 全氨 | 石油類 | COD | 硫化物 | SS | PH |
| 700-1000 | ≤30 | ≤200 | ≤30 | ≤5000 | 75-105 | 70-100 | 7.0-9.0 |
表2 出水水質表(mg/l)
| 揮發酚 | 氰化物 | 氨氮 | 石油類 | COD | 硫化物 | SS | PH |
| ≤0.5 | ≤0.5 | ≤15 | ≤8 | ≤100 | ≤1.0 | ≤70 | 6.0-9.0 |
由于重鋼焦化煉焦煤種及化產工藝狀況等特點，重鋼新區蒸氨廢水中個別污染因子達到或超過設計上限進水要求；其中以COD、揮發酚、硫化物指標較為突出，COD介于4500-6000mg/l、揮發酚介于700~1200mg/l、硫化物介于100-200mg/l。
2012年全年，在蒸氨廢水指標波動的情況下，通過生化處理控制參數合理調控，二沉池出水除COD、色度、懸浮物三項指標超標外,，其余指標均達到國家排放標準。同時根據生化處理出水狀況，及時準確調控藥劑投加方案；全年實現系統出水全部穩定達到國家排放標準。
2012年蒸氨廢水和清水池出水指標中COD、色度月平均值見圖2、圖3。
3 活性炭吸附深度處理工藝出現的問題
重鋼新區焦化廢水處理系統于2009年11月開始投入生產，隨著焦爐一、二、三期的逐步投產；蒸氨廢水水量遞進增加、水質異常波動，生化系統出水指標出現各種狀況的波動，使深度處理出水出現以下狀況：
(1)粉末活性炭隨出水帶出；
(2)出水色度難以達標；
(3)出水COD和懸浮物超標。
截至2011年10月，重鋼焦化廢水處理技術人員通過技術攻關分析，終于摸索出實現焦化廢水經濟、穩定運行的實際經驗。
二、深度處理的影響因素及解決辦法
前段的生化處理與后段的物化深度處理相結合的處理方式保證了焦化廢水系統出水水質的穩定達標，深度處理效果與生化處理出水水質情況息息相關。廢水處理系統穩定達標運行、經濟有效運行的前提是，生化處理穩定運行和深度處理的準確控制。
1 重鋼新區深度處理工藝流程
重鋼新區焦化廢水深度處理采用分段投加粉狀活性炭、無機絮凝劑和有機高分子助凝劑的方式達到預期效果。具體工藝流程為：在二沉池出水口投加經過預先經工業水“溶解”的粉狀活性炭，使其在二沉池與加藥反應槽之間的管道內充分混合；在加藥反應槽的前段投加無機絮凝劑，加藥反應槽內設置數組攪拌器，按水流方向，依次降低攪拌器轉速；然后在加藥反應槽的末端投加無機高分子助凝劑。再將吸附飽和的粉狀活性炭與水中懸浮物在絮凝沉淀池中分離去除。
2 影響重鋼深度處理效果的因素及解決辦法
經過理論研究與實際運行效果的分析得出，影響焦化廢水達標處理的因素主要表現在兩個方面：色度與COD超標、懸浮物超標。現就影響深度處理達標運行的幾個主要原因做以下分析：
2.1 PH值影響
PH值是廢水生化處理的重要控制指標，對絕大多數微生物菌種來說，較適宜的PH值范圍是6~9。由于采用硝化/反硝化脫氮工藝處理焦化廢水，需要在廢水處理硝化段投加堿源，無論是前置反硝化還是后置反硝化，區別只是在于量的多少。重鋼焦化廢水處理工藝采用前置反硝化，根據硝化池（推流式曝氣池）中生物菌種的生長要求，硝化池中段PH值控制在7.5~7.8（投堿位置敢曝氣池進水點和曝氣池中間點）。由于硝化過程耗堿需求二沉池出水PH值介于6.3-7.3，且多數情況低于6.8以下。根據影響活性炭吸附污染物的影響因素可知，隨PH值的降低而活性炭吸附量加大。在酸性條件下，活性炭表面的少量羧基、酚羥基等酸性基團的電離受到抵制，保持電中性狀態，有利于長鏈烴、苯系物、鹵化物等非極性有機物及酚物質的吸附。但無機絮凝劑的較佳PH值范圍介于6~9，由于粉狀活性炭在制備過程多采用酸化處理，投加進水體后，會使污水PH值下降，為保證絮凝劑效果及終出水PH值要求，二沉池出水PH值控制在6.8~7.3范圍內較佳。
2.2 懸浮物影響
二沉池出水中懸浮物主要是顆粒直徑約在0.1微米以上的微粒，肉眼可見。這些微粒主要由泥沙、原生動物、澡類、細菌、病毒以及高分子有機物等組成，常常懸浮水流之中，加重水的渾濁度。懸浮物是造成渾濁度、色度氣味的主要來源。同時污泥解絮、污泥沉降性差帶來的“跑泥”也會加重生化出水懸浮物。活性炭內部孔隙結構發達、比表面積大、吸附能力強；活性炭材料中有大量肉眼看不見的微孔；過量的懸浮物或污泥將活性炭表面“堵塞”，致使有機物難以深人活性炭內部孔隙，影響活性炭對水中有機物的吸附，不能達到去除有機物的目的，會增加活性炭的投加量。故確保活性炭與廢水中有機物能夠有效接觸以及堿少投加量，生化處理健康運行減少大顆粒懸浮物對活性炭的影響也是保證深度處理經濟運行的關鍵。
2.3 亞硝酸鹽影響
焦化廢水中氨氮的去除，是以反硝化產氮氣和出水中攜帶硝態氮的形式。在前置反硝化工藝中，無論硝化液回流比取多大，其二沉池出水不可避免會攜帶硝態氮；根據經濟性選擇，硝化液回流比一般采用3倍回流；故反硝化率只能達到70%左右。在短程反硝化工藝或者曝氣池未完成硝化的情況下，其二沉池出水中將攜帶較高濃度的亞硝酸鹽。在有機絮凝劑采用亞鐵鹽為主的條件下，會發生以下反應：
以醋酸-硫酸亞鐵溶液與亞硝酸鈉的反應方程式為例，在酸性條件下，亞硝酸不穩定會發生歧化反應：
2HAc+2NO2-=H2O+NO+NO2+2Ac-
由于一氧化氮內有孤對電子，故可以與金屬離子形成配位物。當與硫酸亞鐵溶液反應時生成棕色硫酸亞硝酰合鐵(I)：
FeSO4+NO→[Fe(NO)]SO4
由于硫酸亞硝酰合鐵(I)的顯色緣故，致使焦化廢水出水色度無法達標。所以，消除亞硝酸根對焦化廢水脫色的影響須選擇避開亞鐵離子為主的無機絮凝劑或者在曝氣池出水完成氨氮的硝化。同時在通過化學方法測定出水COD時，由于亞硝酸鹽影響，COD的測定結果會明顯高于水中有機物的實際含量；故氨氮在生化處理段達到完全硝化或降低出水亞硝酸鹽的含量，是焦化廢水處理穩定達標的另一關鍵因素。
2.4 沉降時間影響
生化處理出水經脫色、絮凝反應后，通過絮凝沉淀池沉降分離；絮凝沉淀池的管理也是影響出水的關鍵因素。影響沉淀效果的因素主要在于兩個方面：其一，絮凝污泥的有效沉降時間，重鋼新區焦化廢水處理絮凝沉淀池采用輻流式沉淀池，根據輻流式沉淀池的分區沉淀原理（清水區、緩沖區和污泥區）,沉淀有效容積包括清水區和緩沖區，絮凝污泥的沉降效果取決于有效沉淀容積的大小；同時，由于沉淀池底部污泥處于厭氧狀態，沉淀時間過長也會導致污泥解絮，遣成細小懸浮物隨上升水流或厭氧產生的氣泡帶至池面流出。故制定合理的排底泥制度和控制有效沉淀容積是確保深度處理穩定達標運行的關鍵因素。
三、結語
焦化廢水深度處理是廢水達標運行的保障，它與生化處理構成一個有機的整體。生化處理的有效穩定運行既給深度處理提供良好條件，也可降低深度處理成本及焦化廢水處理成本。活性炭深度處理工藝的穩定有效運行，給焦化廢水達標排放和循環使用提供有力支撐。故解決影響活性炭深度處理的關鍵因素，是活性炭深度處理技術在鋼鐵企業焦化廢水處理領域大面積推廣的必要條件。