焦化廢水處理的現狀與展望

摘要：介紹了焦化廢水的來源、特點、幾種處理方法的演變和發展過程及設計與開工情況。對如何管理好現有各類焦化廢水處理裝置和今后焦化廢水處理發展趨勢提出了意見。我國目前焦炭年產量一億三千多萬噸，其中機房產量為七千萬噸左右。現有不同規模的焦化廠約二百個，由于建設年代、工廠規模、建設單位經濟條件的不同，因而產生的焦化廢水處理方式和程度也不盡相同。

　　焦化廠可分為獨立焦化廠（煤氣廠）和鋼鐵、化肥等聯合企業的焦化廠兩種形式，其規模從幾萬噸、幾十萬噸/年到幾百萬噸/年大小不等。
1 焦化廢水的來源、特點及處理方式
1.1 廢水來源
　　焦化生產過程中排放出大量含酚、氰、油、氨氮等有毒、有害物質的廢水。焦化廢水主要來自煉焦和煤氣凈化過程及化工產品的精制過程，其中以蒸氦過程中產生的剩余氨水為主要來源。蒸氨廢水是混合剩余氨水蒸餾后所排出的廢水。剩余氨水是焦化廠最重要的酚氰廢水源，是含氨的高濃度酚水，由冷凝鼓風工段循環氨水泵排出，送往剩余氨水貯槽。剩余氨水主要由三部分組成：裝爐煤表面的濕存水、裝爐煤干餾產生的化合水和添加入吸煤氣管道和集氣管循環氧水泵內的含油工藝廢水。剩余氨水總量可按裝爐煤14％計。剩余氨水在貯槽中與其它生產裝置送來的工藝廢水混合后，稱為混合剩余氨水。混合剩余氨水的去向，有的是直接蒸氨，有的是先脫酚后蒸氨，有的是與富氨水合在一起蒸氨，還有的是與脫硫富液一起脫酸菜氨，脫酸蒸氨前要進行過濾除油。焦化廠還含一些其它廢水，其所占比例不大，污染指標也較低，這里就不介紹了。
1.2 廢水特點
　　焦化廢水所含污染物包括酚類、多環芳香族化合物及含氮、氧、硫的雜環化合物等，是一種典型的含有難降解的有機化合物的工業廢水。焦化廢水中的易降解有機物主要是酚類化合物和苯類化合物，砒咯、萘、呋喃、瞇唑類屬于可降解類有機物。難降解的有機物主要有砒啶、咔唑、聯苯、三聯苯等。
　　焦化廢水的水質因各廠工藝流程和生產操作方式差異很大而不同。一般焦化廠的蒸氨廢水水質如下：CODcr3000－3800mg／L、酚600－900mg／L、氰10mg／L、油50－70mg/L、氨氮300mg/L左右。如果CODcr按3500mg／L計，氨氮按280mg/L計，則每噸焦炭最少可產生0.65kgCODcr和0.05kg氨氮，全國機焦產量為7000萬噸，則每年可產生45500噸CODcr和3500噸氨氮，如果污水不處理，將對環境造成多么大的污染。
1.3 廢水處理方式
　　目前焦化廠廢水處理有多種方式，首要方式應將焦化廢水處理綜合考慮。如建廠時選擇廠址就應論證廢水處理方案，充分考慮廠址的上、下游及周圍的情況，不要設在給水水源附近和有特殊要求的地方；能否將經處理后的水送附近洗煤廠、鋼鐵廠的綜合廢水處理廠、城市污水處理廠，使廢水處理方案更趨合理也是必須考慮的問題。
　　 其次是廢水處理不能單一考慮，而應與煤氣凈化工藝等統一考慮設計方案。從產生廢水的裝置開始處理，每道工序均按要求設計，減輕最終廢水處理裝置的負擔。如上海寶鋼三期工程將蒸氨工段與廢水處理合并為一個車間，使真能達標排放。
　　將處理后的廢水盡量在廠內利用，如送作熄焦補充水、除塵補充水、煤場灑水等，從而減少外排水量，同時采取措施防止對環境及設備產生不良影響。
2 焦化廢水處理的幾種常規方法和其裝備水平
2.1 焦化廢水處理的發展概況
　　我國焦化廢水處理自五十年代起的發展過程，是一個從無到有、逐步提高、逐步完善的過程。 五十、六十年代處于低水平階段，僅有幾個大型焦化廠對酚水進行簡易的機械處理。如鞍鋼化工總廠、包鋼焦化廠等，僅設有平流沉淀池或圓形帶刮泥機的沉淀池去除浮油和重油，處理后將部分酚水送去作熄焦補充水。進入七十年代后，運用了國內外的生化技術，在首鋼焦化廠興建了生物脫酚裝置，同時一批大、中、小型焦化廠都相繼設立了生物脫酚裝置，當時的重點是脫酚，處理方式和流程也比較簡單。
　　一九七八年改革開放到八十年代又為一個階段。當時由于國家對環保工作的重視，使焦化廢水處理水平向前推進了一大步。以寶鋼一、二期焦化廢水處理技術的引進為起點，各院所加大了研究開發焦化廢水的力度，開展了兩段生化和投加生長素的試驗研究以及后混凝處理和污泥脫水的研究。在吸收寶鋼焦化引進技術上的先進經驗和開展試驗研究的基礎上，設計了一大批焦化廢水處理裝置。如處理水量為700m3／h的鞍鋼化工總廠南部生物脫酚裝置，獲得了國家優秀設計獎，現已運行了十五年，處理效果一直比較穩定，除CDO略高外，酚、氰、油等指標均達標排放。與以前設計不同的是，在設計中采用了壓力浮選裝置，以去除乳化油；增加了污泥脫水裝置，對污泥進行脫水處理，脫水后的泥餅送煤場摻入煉焦煤中煉焦，減少了二次污染；鼓風機改用離心風機，減輕了噪聲。該套裝置自運行以來積累了豐富的經驗，培養鍛煉了一批廢水處理專業人才。在石家莊焦化廠廢水處理設計中，曝氣池充氧采用了微孔爆氣器，與以前的穿孔管暖氣相比，可節能50％，比普通曝氣器節能20－30％。同時又對部分老廠的廢水處理推廣采用了投加生長素的技術，如唐山市焦化廠、徐鋼焦化廠都采用了該項技術，處理效果良好。
　　八十年代末和九十年代初，針對國家對焦化廢水排放標準的更嚴格要求，開展了焦化廢水的脫氮和進一步降低COD的試驗研究，經過幾年的艱苦努力，取得了豐碩的成果。在試驗研究的基礎上將寶鋼焦化廢水處理裝置進行了改造，將其改為A／O脫氮工藝，并獲得改造裝置的開工調試成功，該裝置達到了國際焦化行業的領先水平。在總結寶鋼焦化廢水生物脫氮經驗的同時又建成了三個焦化廢水生物脫氮裝置，真中安鋼焦化廠已達標驗收，另兩個在調試中。
2.2 普通生化工藝的發展和演變過程
　　（1）在焦化廢水處理的初始階段，曝氣池設計采用吸附再生工藝，其曝氣池水力停留時間較短，一般為4小時，處理后酚、氰在0.1mg/L左右，CODcr仍在400-500mg/L。
　　（2）兩段生物脫酚曝氣裝置的設計，是在有關資料和兩段生化試驗研究的基礎上開展的。兩段生化是將曝氣池分為兩段，即廢水在一段曝氣池進行約4小時的處理后進入中間沉淀池，然后再進人二段曝氣池進行約20小時的處理后，使其CODcr進一步降低的方法。通過幾套裝置的開工運行，有的廠認為二段曝氣池負荷低，不易操作管理而將一部分原水直接進入二段曝氣池，增加了二段曝氣池的負荷。現在具有兩段爆氣池的焦化廠仍然采用以上兩種方式運行著，其酚、氰、油都達標，僅CODCr略高于排放標準。
　　（3）完全混合型曝氣裝置的采用，是在總結普通吸附再生曝氣法和兩段曝氣方式的基礎上，并借鑒上海寶鋼焦化一期廢水處理裝置的經驗開展的設計。一般曝氣時間為24小時，處理的廢水和回流污泥同時進入曝氣池，此時的設計加強了予處理，如設有除油池和浮選池，并設有24小時調節池和均和池，防止水質變化對生化的影響，對生化后的出水進行了后混凝處理。此流程使出水的酚、氰、油均低于排放標準，但CODcr仍為300mg／L左右，尚高于排放標準。該流程是目前生物脫氮之外主要采用的流程，有幾十座這種裝置正在運行之中，如新建成的徐鋼焦化廠廢水處理裝置就采用了這種流程，開工調試后運轉效果良好。
　　（4）上海寶鋼焦化廠一期廢水處理裝置引進了日本的三級污水處理設施，即活性炭吸附再生裝置。該裝置85年9月運行后還比較正常，其出水各項指標均可達標排放。運行了一段時間后，由于該裝置自動化程度要求高、管理維修難度大，特別是再生爐運行不正常，需再生的炭要運往外地處理，而活性炭價格又高達8000－10000元/噸，因而二期設計時，活性炭過濾裝置就沒上。由于活性炭吸附再生裝置對氮沒有去除能力，而當時上海市對氨氮已有了規定，應達到15mg／L以下，所以開展了氨氮處理的試驗研究工作。
2.3 生物脫氮試驗、設計與開工調試
　　由于國家鋼鐵企業污水排放標準和地方標準中都對氨氮作了規定，焦化廢水氨氮處理就勢在必行了。去除水中的氨氮方法很多，有物理法、化學法和生物法。而采用硝化--反硝化是焦化廢水處理最理想的處理方法。生物脫氮是硝化與反硝化反應的應用，硝化與反硝化反應是生物脫氮兩個有機的組成部分。生物脫氮包括好氧和缺氧兩段生化過程，也就是將硝化與反硝化反應結合起來，完成了氨氮的硝化與反硝化析出氮氣的過程。它不僅使處理后水中的NH3－N和NOX－－N濃度降至最小，而且同時降解了水中的有機物。在焦化廢水中有相當數量的不可生化的有機物，其中多數為多環有機物，普通生化和延時曝氣法不能降解這部分有機物，所以處理后廢水的CODcr值一直在300mg／L左右。而通過缺氧和好氧結合的處理方法，廢水中部分難降解的有機物在缺氧段得以開鏈處理，使不可生化的有機物變成可生化的。
　　基于上述理論，進行了焦化廢水生物脫氮的試驗研究和上海寶鋼焦化二期廢水處理裝置的普通生化改為A／O生物脫氮的設計、調試工作。經過七、八年的艱苦細致工作取得了顯著的效果。使寶鋼焦化廢水處理裝置出水的CODcr90－150mg／L、氨氮1-15mg／l，其它指標也均達標。
　　近幾年根據上海寶鋼的開工調試經驗和成果做了幾個焦化廠廢水生物脫氮的各階段設計。其中安陽鋼鐵公司焦化廠已在九八年十月建成進入開工調試階段，經過近一年多的開工調試已達標驗收。
　　剛建成的邯鋼焦化廠廢水脫氨裝置，其流程與安鋼焦化廠相似。合鋼焦化廠廢水處理，其流程為A2／O，增加了厭氧段，對原水進行了水解酸化，現已建成。并在做A／O／O方案，即將O分為兩段工作，利用NO2-根脫氮方法有利于減少減耗，降低處理成本。
　　我們的工作雖然取得了一些成績，但仍有一些問題需解決。首要問題是焦化廢水脫氮的投資較高、占地面積較大、運行費用也較高，加之對凈化工段要求的嚴格，目前僅有上海寶鋼等實力較強的企業可以承受，真它企業難度就大些。有的企業迫于環保要求上了生物脫氮，但開工運行所需的必要條件就很難得到保證。此外還有一些焦化廠正在籌備資金和尋找解決焦化廢水脫氮處理的投資省、運行費用低、處理效果好的方案。這就給我們從事焦化廢水處理的設計研究人員提出了一個新課題。
3 焦化廢水處理的展望
3.1 提高認識、加強管理
　　首要問題是提高鋼鐵廠及焦化廠各級領導對焦化廢水處理的重視程度，不要認為不創效益就無須投人，僅要焦炭、煤氣，忽視環保。而應把其視為頭等大事，不是一般經濟問題，而是社會綜合問題，是為人類造福的大事。從事環保工作的人員應增強責任心，配合各級環保部門嚴格執行環保法和有關規定。對目前正在運行的不同類型焦化廠廢水處理裝置進行嚴格管理，從宏觀上開好、運行好國內焦化廠現有的廢水處理裝置，減少全國焦化廢水COD、氨氮等有害物的外排總量，從而減輕對各類水體和地下水的污染。
3.2 加強開工調試工作
　　將現有的占大多數的普通生化裝置開好、鞏固好，不斷努力完善，并應努力降低成本。如不少小廠的焦爐投產后，凈化車間僅開鼓冷工段，其它工段不開，直接將水送到廢水處理工段，致使生化開工困難，處理裝置出水不達標或運行不正常。因此應明確焦化廢水處理裝置開工必須保證凈化工藝備工段的正常開工、運行這個重要條件。
　　前幾年，我們為幾個焦化廠普通生化處理裝置進行了開工調試工作，使這些廢水處理裝置順利投入運行，獲得當地環保部門的驗收。九九年為青島煤氣廠在蒸氨工段未開工的情況下，進行了污泥培養馴化工作，經過兩個月的努力，使生化裝置正常投入運行。有些廠己閑置多年的生化裝置，迫于環保部門的壓力，也在修復舊有設備，盡快重新投入運行，使排水達標。
　　投入人力，將已建成的焦化廢水脫氮裝置運行好，降低運行費用，總結開工運行經驗，指導和改進今后的設計。我們與安鋼焦化廠、合鋼焦化廠的同志們進行脫氮開工的調試工作，在工作中積累和總結了經驗，從而指導了今后的設計和開工調試工作。
3.3 尋求新技術、降低處理成本
　　收集整理國內外焦化廢水處理的新技術、新工藝，開展降投資、降運行費、減少占地的調研和試驗研究工作。目前焦化廢水脫氮的投資為15－20萬元/噸水、運行費為5-6元／噸水、占地為100－150m2/噸水。在總結寶鋼、安鋼焦化廢水開工調試經驗和有關資料的基礎上，焦化廠廢水生物脫氮設計采用A／O/O工藝，將O分為兩段，一部分亞硝酸根水回流到A段進行直接脫氮，用亞硝酸根脫氮的方法，可減少堿的投加量約20%左右。
　　改進煤氣凈化工藝，如采用帶導向塔盤的蒸氨塔，降低蒸氨塔蒸汽耗量和氨氮出口濃度，從而減少生物脫氮裝置負荷。
3.4 采取綜合措施，為處理好焦化廢水做出新貢獻
　　（1）開源節流，嚴把審批關。對新建的小型焦化廠必須搞“三同時”，而對設在環保標準較嚴格的地區就不應建焦化廠，這是國外發達國家早已執行的原則。對地處環保要求嚴格地區的一些正在生產的小型焦化廠，因生產工藝本身不完善，經濟效益又差，應限期整改，否則應停產或搬遷。國家對小焦化廠早有明確的政策，我們應認真執行，反對地方保護主義。
　　（2）尋求焦化廢水利用的出路，爭取廢水零排放。前面已提及可將焦化廢水經廠內一級或二級處理后，送往附近的洗煤廠做洗煤補充水，或送往高爐做沖渣補充水，也可送往城市污水處理廠統一處理和利用。對經生物脫氮處理后的水回用于焦化，作循環水系統補充水這個課題，應抓緊試驗研究，借鑒國外的先進經驗.盡快實施。對于以生產焦炭為目的而煤氣又相對過剩的焦化廠，可用煤氣焚燒爐將剩余氨水焚燒，經計算，焚燒lm3剩余氨水約需720m3煤氣，這種方法正在實施。對于焚燒之外的廢水經處理后用作熄焦補充水、除塵及煤場噴灑等用水，力爭做到廢水零排放。
　　（3）積極采用先進技術，開發應用新設備。近幾年廢水處理新設備和新技術不斷涌現，我們應積極努力將其應用到焦化廢水處理中去。廢水處理的用電大戶是充氧設備，約占總電耗的60－70％，如采用新的離心調速風機，根據水中DO的含量自動調節風機的風量；采用可調節浸設深度的表爆機，根據水中的DO含量和水質情況自動調節浸沒深度；這些設備都可節省電耗。對于采用多年的螺旋曝氣器應更新換代，可改用新型的微孔曝氣器；微孔曝氣器以橡膠膜為原料，由激光穿孔制成，己在鞍鋼化工總廠南部生物脫酚曝氣池中進行試驗，并運用于焦化工程設計中，可比螺旋曝氣器降低電耗30－40％。在經濟條件好的焦化廠應逐步推廣采用PLC和自動檢測儀表，這樣雖然增加了建設投資，但可降低運行成本，提高處理效果，使焦化廢水處理技術和設備上一個新臺階，與焦化工藝同步。
　　（4）積極收集探討國內外新的處理焦化廢水信息和動態。開展SBR等方法用在焦化廢水處理的開發研究，我們應積極了解和收集各方面資料和動態。目前臺灣的廠商正在搞特種菌處理焦化廠廢水的試驗；馬鋼焦化公司正在進行新物化法處理焦化廢水的試驗；淮陰焦化廠的剩余氨水采用煙道氣汽化處理也是一種新方法。一些著名學府的給排水專業人員和兄弟科研單位也都非常關心焦化廢水處理的新工藝，研究解決處理廢水的好辦法，我們要與他們合作，共同搞好焦化廢水處理的技術開發。而對國外技術更應努力收集、消化，一經發現，及時研究，以便應用到焦化廢水處理設計中去。
　　（5）實事求是根據國情和焦化廢水的特點，配合有關部門修訂好《焦化廢水排放標準》。近幾年來，從事焦化廢水處理的設計、科研及生產單位曾遍認為，《焦化廢水排放標準》定的偏嚴，COD和氨氮應適當調整，這些意見己被有關部門所接受。國家環保總局的科技標準司正會同全國設計、科研和主管部門的專家一起進行調研，很快要出臺修訂后的新標準。新標準的基本原則應是符合我國的國情，并與國際標準接軌，有針對性的制定靈活的標準，對于確實難降解的成分應適當調整，并實行行業標準，按噸焦排水量計算污染物排放總量。
　　總之，應根據焦化廢水的特點、我國的國情和現有的200多個不同規模焦化廠的實際情況，采取實事求是的方針，努力搞好現有焦化廢水處理的開工運行，努力開發應用新工藝、新技術，逐步改進和完善現有廢水處理裝置，努力降低運行費用，提高達標率，從整體上減輕焦化廢水對各地水體的污染。在會后的實際工作中努力進取，探尋最佳處理焦化廢水的新方法，為祖國的焦化事業，為人類的健康而不懈努力。