好氧—兼氧—好氧技術處理焦化廢水
焦化廢水是一種富含酚、氰、氨氮、雜環類化合物、多環芳香烴等的工業廢水，其成分復雜、毒性大，處理難度大〔1〕。隨著對焦化廢水處理研究的深入，開發了A/O、A/O2、A2/O2 等多種處理技術〔2-5〕。新鋼公司焦化廠是江西省最大的煤焦化工生產基地，于1970年7 月建成投產，現有4 座JN43-80 型和2 座JN60型復熱式焦爐，年產焦炭260 萬t。該廠原有1 套焦化廢水處理系統，其主要工藝流程為調節池→初沉池→一段曝氣池→二段曝氣池→二沉池，處理后的污水外排，污泥部分回流至曝氣池，剩余污泥濃縮后再壓濾，濾餅送至煤場配煤。根據20 多年運行情況，該套系統雖然能夠有效去除廢水中的酚、氰，但是系統處理能力較低，污水處理量僅為70 m3/h，且COD 和氨氮去除率較低，外排水平均COD 為210mg/L，平均氨氮為31 mg/L，無法達到《鋼鐵工業水污染物排放標準》（GB 13456—1992）中的一級排放標準。為實現焦化廢水的全面達標排放，浙江漢藍環境科技有限公司采用以好氧—兼氧—好氧技術為主、輔以混凝氣浮等物化處理技術的工藝對新鋼公司焦化廠廢水處理系統實施了改造工程。經過1 a多的污泥培養、馴化、調試和運行，焦化外排水中的主要污染物濃度均達到了《鋼鐵工業水污染物排放標準》中的一級排放標準。
1 廢水組成、水質和水量
焦化廠生產工序主要由備煤、煉焦、煤氣凈化回收和干熄焦等主要生產設施及相關配套設施組成。在煉焦生產過程中除了產生大量的煙粉塵外，在煤氣凈化回收過程中還會產生大量的廢水（包括蒸氨廢水、化產廢水等）。廢水組成、水質和水量見表1
表1 廢水組成、水質和水量
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根據新鋼公司的規劃，各類焦化廢水匯總進入焦化廢水處理站。由表1 可知，進入焦化廢水處理站的廢水共有3 股，水量合計113 m3/h。結合技術能力和工程經驗，廢水處理能力按150 m3/h 設計，不足部分（37 m3/h）需兌入部分循環系統的排污水。
2 設計進出水水質
設計進水水質為pH 6 ～8，COD 3 500 ～4 000mg/L，氨氮≤400 mg/L，酚≤700 mg/L，氰≤15 mg/L，油類≤50 mg/L。
根據《鋼鐵工業水污染物排放標準》的要求，設計出水水質為COD≤100 mg/L，氨氮≤15 mg/L，酚≤0.5 mg/L，氰≤0.5 mg/L，pH 6～9。
3 處理工藝
3.1 工藝流程
改造后的焦化廢水工藝分為預處理、生化處理和深度處理3 個階段。預處理段采用隔油+氣浮技術去除污水中的懸浮物、油和S2-；生化處理段采用O1-A-O2技術去除廢水中的酚、氰、氨氮等有機污染物；深度處理段采用混凝沉淀+活性炭過濾技術進一步去除廢水中的COD。另外對污泥的處理采用污泥濃縮池+廂式壓濾技術脫水，泥餅用于摻煤處理。工藝流程如圖1 所示。
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圖1 工藝流程
3.2 主要工藝單元
3.2.1隔油池
生產廢水通過有壓管道直接進入隔油池，分離污水中夾帶的大量焦油，以降低生化處理階段進水中的焦油含量。隔油池設計尺寸為20 m×8 m×6 m，鋼筋砼結構，有效容積880 m3，水力停留時間7.8 h。池內設刮油機2 臺，1 用1 備。廢油收集后儲于貯油池中，送煤場配煤回收利用。
3.2.2調節池、事故池和氣浮池
廢水經隔油池處理后自流進入調節池，其主要功能是均衡水質和水量，減少波動，為生化處理創造良好的進水條件。調節池尺寸為27 m×16 m×6 m，鋼筋砼結構，有效容積2 376 m3，水力停留時間15.8 h。設事故調節池1 座，用于接受其他水處理設施的事故性排放，以保證水處理設施的平穩安全運行。
調節池的出水用泵送至溶氣氣浮裝置，該裝置的基本原理為：溶氣和廢水接觸產生溶氣水，然后溶氣水通過釋放管進入待處理的廢水中，釋放出其中的微細氣泡，微細氣泡緩慢上升并黏附于雜質顆粒上，形成密度小于水的浮體而上浮至水面并形成浮渣，最后由刮渣機除掉浮渣。氣浮裝置主體由絮凝室、氣浮接觸室、分離室、集水槽等幾部分組成。
3.2.3初曝池
氣浮池的出水自流進入初曝池，其主要功能是去除廢水中大量抑制脫氮菌屬生長的CN-和SCN-。設計初曝池2 座，單座尺寸為37 m×12 m×5.2 m，鋼筋砼結構，有效容積為4 174 m3。曝氣系統采用微孔管曝氣。
3.2.4初沉池
初曝池的出水自流進入初沉池，其主要功能是進行固液分離。設計初沉池2 座，單座尺寸為D 12 m×3 m，鋼筋砼結構，有效容積為588 m3，表面負荷0.66 m3/（m2·h）。池內設刮泥機2 臺。初沉池的出水自流進兼氧池，部分污泥回流至初曝池，污泥回流比約為75%，剩余污泥排至污泥濃縮池。
3.2.5兼氧池
初沉池的出水首先進入兼氧池，在這里反硝化菌利用廢水中的有機物作為碳源和電子受體而將回流混合液中的NO2-和NO3-還原成氣態氮化合物（N2、N2O），實現廢水總氮的脫除和COD 的降解。設計兼氧池2 座，單座尺寸為17 m×18.5 m×5.5 m，鋼筋砼結構，有效容積為3 145 m3。池內設QJB4/12 型潛水攪拌機2 臺，1 用1 備。
3.2.6好氧池
兼氧池的出水自流進入好氧池，在這里殘留的有機物被氧化，氮和含氮化合物被硝化。好氧池和兼氧池之間設置一內循環系統，硝化液回流旨在為反硝化提供電子受體（NO2-和NO3-），以達到最終去除硝態氮的目的，回流比取200%～400%。設計好氧池2 座，單座尺寸為45 m×18 m×5.5 m，鋼筋砼結構，有效容積為7 614 m3。曝氣系統采用微孔管曝氣，鼓風機房內設3 臺羅茨鼓風機，2 用1 備，單臺參數為Q=130 m3/min，N=160 kW。
3.2.7二沉池
二沉池主要用于對好氧池出水中夾帶的生物污泥進行分離。設計二沉池2 座，單座尺寸為D 12 m×3 m，鋼筋砼結構，有效容積為588 m3，表面負荷為0.66 m3/（m2·h）。采用中心筒進水，溢流堰出水，池內設刮泥機2 臺。二沉池的出水自流進入反應池，部分污泥回流至兼氧池，污泥回流比約為75%，剩余污泥排至污泥濃縮池。
3.2.8反應池和終沉池
反應池和終沉池是生化出水的保險措施。設計反應池1 座，尺寸為6 m×6 m×3 m，鋼筋砼結構，有效容積為90 m3，池內添加絮凝劑、脫色劑、助凝劑等，以進一步確保外排水COD 和色度達標。終沉池采用中心進水輔流式沉淀池，設計2 座，單座尺寸為D 10 m×3.7 m，鋼筋砼結構，有效容積為518 m3。
3.2.9污泥濃縮池
初沉池、二沉池、終沉池和氣浮池的泥渣均用泵送至污泥濃縮池進行濃縮脫水，其目的是降低污泥含水率，減少污泥體積，便于污泥運輸和儲存。設計污泥濃縮池1 座，尺寸為D 8 m×4 m，鋼筋砼結構，有效容積為181 m3。設計箱式壓濾機2 臺，1 用1備，單臺過濾面積為80 m2。濃縮池的分離水、壓濾機壓濾出水和活性炭吸附器反沖洗水均匯入集水池，用泵提升至調節池。壓濾后的泥餅摻煤處理。
4 運行效果
該工程土建及設備安裝于2008 年5 月中旬完畢，進入調試階段。污泥經過50 d 的培養和馴化，系統各項指標均達到或接近設計要求。此后系統轉入正常運行，2009 年11—12 月份監測該系統出水各項指標，結果見圖2~圖5。
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圖2 出水COD 變化趨勢
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圖3 出水氨氮質量濃度變化趨
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圖4 出水酚、氰質量濃度變化趨勢
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圖5 出水pH 變化趨
結果表明系統運行穩定，出水各項指標均達到了《鋼鐵工業水污染物排放標準》中的一級排放標準，這說明改造后的焦化廢水處理工藝能有效去除焦化廢水中的各類污染物。該工藝用于南昌鋼鐵、武鋼焦化廢水處理系統改造工程，也取得了較理想的效果〔6-9〕。
5 經濟分析
工程總投資2 550 萬元，其中構筑物、設備、電氣、自動化等直接投資1 611 萬元，設計費、調試費、專利使用費等間接投資939 萬元。運行成本主要包括電費、人工費及藥劑費等。運行費用總計16 210.8元/d，廢水處理成本為4.5 元/t。
6 結束語
采用常規的污水預處理+生化二級處理工藝難以保證焦化廢水污染物全面達標排放，尤其是COD和氨氮的穩定達標。運行實踐表明，以好氧—兼氧—好氧技術為主、輔以混凝氣浮等物化處理技術的工藝處理焦化廢水切實可行，其出水水質指標全部達到了《鋼鐵工業水污染物排放標準》中的一級排放標準，具有良好的環境效益和經濟效益，同時其處理效果穩定可靠，操作簡單，具有很高的推廣價值。
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［作者簡介］黃浪（1976—），2007年畢業于北京科技大學冶金與生態工程學院冶金物理化學專業，博士，高工，現從事安全、環保技術管理工作。
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