案例 | 焦化废水减量化处理应用实践
焦化废水是在生产焦炭、煤气、焦油及焦化产品过程中产生的废水。由于受原煤性质、产品回收、生产工艺等多种因素的影响，导致废水成分异常复杂。由于杂环类化合物难降解，可生化性差，焦化废水属于公认的难降解的废水种类之一。
以往的焦化废水处理是通过生化处理后达到钢铁行业二级排放标准，出水主要用于湿法熄焦，对处理水质、水量没有严格要求，为了焦化废水处理系统的稳定运行，前端调节池或者好氧池投加稀释水，降低污染物浓度，稀释水比例根据水源请情况不等。但随着环保要求的日益严格和废水零排放要求，废水处理的设计排放标准也越来越高，再加上干法熄焦技术的推广应用范围逐渐增加，湿法熄焦的应用越来越受限制，焦化废水处理不论是在水质控制，还是水量控制上均要求更加严格，也更增加了废水处理的难度。
山东钢铁集团日照有限公司焦化废水处理是新建焦炉工程的配套水处理系统，出水指标必须达到最新的新建企业指标排放标准，为了达到上述指标，采用了目前焦化废水处理工艺流程最长，出水指标最严格的一套焦化废水处理工艺，主体工艺采用“预处理+AA1O1-A2O2两段生物脱氮工艺+生物流化床+混凝沉淀+臭氧紫外接触氧化+超滤+反渗透”。该焦化废水处理系统于2017年10月开始进行系统调试，于2018年5月出水水质回用于循环冷却水系统。超滤、反渗透深度处理的运行保证了废水回用率达到70%以上；此外通过强化生化处理，于2018年10月实现了零稀释水的添加，从而更进一步降低了废水处理总量，达到了废水减量化的目的。
1 设计水量和进出水水质
山钢日照公司焦化废水处理系统分为2系，每系设计蒸氨处理水量为70 m3/h，合计140 m³/h。设计稀释水比例为1:0.5。深度处理总处理水量210 m³/h。进水水质如表1。
处理后的出水水质达到《城市污水再生利用工业用水水质标准》（GB19923-2005）中的敞开式循环冷却水系统补充水标准。
由于煤气净化脱硫使用的是真空碳酸钾脱硫，脱硫贫液喷洒到煤里面，真空泵冷凝液直接进入预分离器混入剩余氨水系统，因此日照公司焦化废水进水中的氰化物、硫氰根含量波动较大，比一般蒸氨废水浓度要高。
2 处理工艺
2.1
处理工艺流程
山钢日照公司焦化废水处理采用了“AA1/O1-A2/O2工艺”的两级生物脱氮工艺，辅以沉淀池、混合反应、生物流化床等物化处理措施；对生化出水进行高级氧化处理和回用处理，采用了“臭氧紫外光接触氧化+软化澄清+多介质过滤器+超滤+反渗透”的处理工艺。完整的工艺流程图如下图1。
2.2
生化处理系统
生化系统分为两段生物脱氮系统。第一段脱氮系统主要由厌氧池、一段缺氧池、一段好氧池、一段沉淀池组成。第二段脱氮系统主要由二段缺氧池、二段好氧池、二段沉淀池组成。初次沉淀池的出水经厌氧给水泵提升送入厌氧池。池中挂有组合填料，用于挂厌氧生物膜，按上向流形式设计。生物膜的形成，极大地提高了生物体与污水的接触面积，对提高出水水质起到重要作用。厌氧池起着对大分子有机物进行酸化和部分降解的作用，通过填料上的厌氧生物对多环芳香族化合物的解链作用和对氰化物及硫氰化物的水解作用，把好氧（或兼氧）生物难降解的物质变成易降解的物质，使废水水质的可生化性有所提高。
厌氧池的出水自流送到一段缺氧池的进水端，与一段好氧池回流的硝化液混合后流入一段缺氧池。在一段缺氧池中设有潜水搅拌机，用来将废水与硝化液、回流污泥均匀混合。
一段缺氧池是生化反硝化处理的核心设施之一，微生物的反硝化反应主要是在一段缺氧池中进行的。在此以进水中的有机物作为反硝化的碳源和能源，以回流混合液中的硝态氮作为反硝化的氧源，在回流的活性污泥中的微生物（兼性菌团）作用下进行反硝化脱氮反应，使废水中的NH3-N变成氮气溢出，COD等其它污染物质均得以有效去除和降解。
一段缺氧池出水自流至一段好氧池。一段好氧池是生化硝化处理的核心设施之一，微生物的生物化学反应过程主要是在一段好氧池中进行的。通过微生物的降解作用去除废水中的酚、氰及其它有害物质，并通过硝化反应使废水中的氨氮氧化为NO2-和NO3-。
一段好氧池混合液经泵加压后回流至一段缺氧池。一段好氧池出水自流至一段沉淀池进行泥水分离，沉淀污泥通过一段沉淀池回流污泥泵提升回流至一段缺氧池和一段好氧池的进水端。剩余污泥排入污泥浓缩池。
2.3
生物流化床
生物流化床是通过多载体生物流化法进行生物吸附及生物强降解。分隔段设置，内置生物填料，底部以鱼刺式曝气供氧，运行时投加生物载体与废水充分接触，水中有机物被微生物高密度吸附。氧化分解并部分转化为新的生物膜，生物膜直接受到气流搅动，加速生物膜更新，使废水得到净化。在此通过多载体生物流化法进行生物吸附及生物强降解，进一步降低经生化处理后剩余的COD、色度、氰化物、硫化物、挥发酚、苯并芘、多环芳烃等污染物。生物流化床出水进入混凝沉淀处理。
2.4
混凝沉淀处理
混凝沉淀是通过投加高效混凝剂、高分子絮凝剂以提高沉淀效率的方法对生物流化床出水进行处理，其目的是进一步降低二沉池出水中的悬浮物和COD。它包括加药混合、反应及泥水分离三个过程。在混合反应搅拌机的搅拌下，混凝剂等药剂与废水充分混合反应，其主要目的是使废水中的悬浮物形成较大的絮凝体，以便于从废水中分离出来。混合反应池出水经管道自流到混凝沉淀池进行泥水分离。混凝沉淀池出水送至深度处理回用单元继续处理，池底污泥由混凝污泥提升泵送至污泥浓缩池处理。混凝沉淀池出水自流至臭氧紫外光接触氧化池。
2.5
臭氧紫外催化氧化阶段
本单元由臭氧紫外光接触氧化池和臭氧机房等组成。混凝沉淀池出水自流入臭氧紫外光接触氧化池。高效、高浓度的臭氧结合特殊的紫外C技术，形成自由基反应，在可以有效破坏液相中多数有机物的分子结构，最终将其矿化成CO2和H2O，达到降解COD的效果。
2.6
超滤反渗透深度处理回用阶段
深度处理回用阶段由过滤器进水池、多介质过滤器和超滤、反渗透等设施组成。系统设置6台多介质过滤器，每台处理量为55m³/h。经过超滤、反渗透的进一步处理后，反渗透产水泵送至煤气净化循环水系统作为补水，反渗透浓水送至综合污水处理厂进行更进一步的处理。UF膜采用的是日本旭化成膜，超滤装置有4套，每套处理量55 m³/h。RO装置有4套，每套处理量55m3/h。RO设计产水率75%。每套RO装置有84支膜元件，放置在14根6芯压力容器内，按照8:4:2排列。
2.7
污泥压滤系统
本单元由污泥浓缩池、压滤机房组成。初次沉淀池污泥、一段沉淀池和二段沉淀池剩余污泥、混凝沉淀池污泥均由泵送入污泥浓缩池进行浓缩，浓缩后污泥由污泥螺杆泵送入叠螺污泥脱水机进行脱水，脱水后的泥饼（含水率约80％，）外运处置。污泥浓缩池上清液及脱水机渗滤液自流入自流废水提升井，由泵送入均和池处理。
3 废水减量化处理
山钢日照公司在全厂全干熄、废水零排放的大背景条件下，对水量平衡要求特别严格。为了维持公司的水平衡，焦化废水处理一方面做到保证生化处理、臭氧紫外催化氧化、超滤、反渗透各个阶段的运行稳定，竭尽全力做到反渗透产水回收率在70%左右。另一方面，在处理总量上下功夫，努力减少稀释水用量，进而减少总处理水量。焦化废水原设计稀释水量1:0.5，随着对活性污泥认知水平的提升，通过对无稀释水条件下的活性污泥法的探索，稀释水量逐步减少，于2018年10月份实现了零稀释水添加，生化出水稳定运行的目标，至目前为止，系统一直未增加稀释水。
添加稀释水和未添加稀释水情况下，好氧池出水对比。图2为添加0.5倍稀释水生化池出水COD指标。图3为零稀释水条件下生化出水COD指标。
4 成本分析
系统成本包括动力能耗、主要是电耗、臭氧发生器氧气消耗、深度处理系统压缩空气消耗；药剂辅料消耗主要包括各个处理阶段所需要的辅料消耗。目前系统的动力加辅料运行成本大约在28-33元/吨水。
5 结论
山钢日照公司焦化废水处理系统于2017年10月开始进行污泥驯化，至2018年5月深度处理系统投入使用，于2018年10月实现了零稀释水添加系统的正常稳定运行。各个阶段出水指标都达到了设计标准，运行稳定。