焦化廢水是一種典型的有毒/難降解工業廢水，是煤在高溫干餾、煤氣凈化和副產品回收和精制過程中產生的，除含有高濃度的氨、氰化物、硫氰化物、氟化物等無機污染物外，還含有酚類、吡啶、喹啉、多環芳烴(PAHs)等有機污染物。目前，工程中焦化廢水處理工藝主要有AO、AO-接觸氧化、OAO、AOAO等。金濤等通過工程改造表明，采用AO工藝處理焦化廢水，COD和NH4+-N去除率分別達到94.7%和97%。李歡等采用AOO工藝處理焦化廢水，出水NH4+-N降至5mg/L以下，COD及TN去除效果較差。因受煤質、爐頂溫度和蒸氨工藝影響，焦化廢水水質水量極不穩定，生化處理易受沖擊，導致熄焦水無法長期穩定達標，大量有毒有害污染物隨著熄焦過程排放到大氣環境。某焦化工業園區5000m3/d污水集中處理項目，首次提出“前端各廠AO預處理—后端園區OAO+深度處理”模式，具有較強的抗沖擊負荷能力，徹底解決了工業園區內5家焦化廠熄焦水穩定達標問題，為焦化廢水零排放奠定基礎。
1、工程概況
某市工業園區內現有5家焦炭生產企業，設計年產焦炭550×104t，每年排放近200×104m3高濃度含酚、含硫氰化物、含氮的焦化廢水。5家焦化廠生產廢水污水廠已建成，因水量波動及管理等問題，出水水質無法達到國家相關標準(見表1)，故統一建設園區污水處理廠。
2、工程設計方案
2.1 設計水量和水質
工程設計規模為5000m3/d，主要用于集中處理預處理后的焦化廢水。依據《煉焦化學工業污染物排放標準》(GB16171—2012)直排標準，設計進、出水水質見表2。
2.2 工藝流程
采用兩級處理模式，前端各廠預處理后廢水排入園區污水處理廠進行深度處理，工藝流程如圖1所示。各焦化廠原水經前端生化預處理，進入園區調節池，經一級好氧處理去除部分COD及氨氮，出水進入缺氧池反硝化脫除總氮，由調節池分流部分進入缺氧或投加適量葡萄糖提供反硝化碳源，再經二級好氧進一步脫除殘留污染物。殘留難生物降解污染物經原位吸附池和強化Fenton氧化池加以去除，為保證熄焦池水質達標，出水最后經活性炭吸附塔后回至各焦化廠熄焦。
2.3 主要處理單元設計
2.3.1 前端各廠預處理系統
利用前端各焦化廠生化AO處理系統，主要流程為調節池(2000m3)/AO(4000m3)/二沉池(500m3)，為園區深度處理做預處理，去除廢水中抑制硝化及反硝化菌屬生長的SCN-、酚類、CN-等，提高整個焦化廢水處理系統的抗沖擊能力。
2.3.2 園區深度處理系統
①調節池及事故池
調節池主要對5家焦化廠預處理后的廢水進行收集，并調節水質水量。設計尺寸為40m×30m×6.5m，有效容積為7000m3，鋼筋混凝土結構，共1座。配有提升泵3臺(1用2備)，Q=300m3/h，P=210kPa，N=22kW。另設有事故池1座，尺寸為45m×37m×6.5m，有效容積為1000m3。
②一級好氧池和一級沉淀池
一級好氧池共2座，設計尺寸為35m×12m×6.5m，有效容積為5000m3，鋼筋混凝土結構，推流式運行，水力停留時間為24h，配有可提升式硅橡膠膜微孔曝氣管。配羅茨鼓風機，Q=30m3/min，P=6.5kPa，N=45kW，2用1備。一級沉淀池1座，設計尺寸為20m×4.1m，有效容積為800m3，表面負荷為0.83m3/(m2·h)，配備有中心傳動刮泥機，直徑為20m，線速度為3m/min，減速機功率為0.75kW，配污泥回流泵，Q=300m3/h，P=210kPa，N=22kW，1用2備，污泥回流至好氧首端，回流比為50%。
③二級缺氧池和二級好氧池
二級缺氧池1座，主要進行反硝化脫氮，設計尺寸為20m×17m×6.5m，有效池容為4000m3，停留時間為20h，鋼筋混凝土結構，配有水下攪拌器4套，功率為7.5kW。配有碳源儲罐以及碳源投加計量泵2臺(1用1備)，向缺氧池投加適量碳源。
二級好氧池1座，設計尺寸為20m×13m×6.5m，有效池容為3000m3，停留時間約14h，鋼筋混凝土結構，配有可提升式硅橡膠膜微孔曝氣管，曝氣與一級好氧曝氣由鼓風機房共同提供。
④二級沉淀池
二級沉淀池1座，設計尺寸為20m×4.1m，有效容積為800m3，表面負荷為1.04m3/(m2·h)，配備有中心傳動刮泥機，直徑為20m，線速度為3m/min，減速機功率為0.75kW，配污泥回流泵，Q=300m3/h，P=210kPa，N=22kW，1用2備，污泥回流至二級缺氧首端，回流比為100%。
⑤原位吸附池和強化Fenton氧化池
原位吸附池主要通過投加適量凈水劑，去除部分COD以及SS，設計尺寸為4m×8m×4m，停留時間為45min，鋼筋混凝土結構。配有4臺攪拌機，功率為3kW，溶藥池尺寸為5m×4m×6m，凈水劑儲罐容積為15m3，螺桿泵3臺，功率為1.5kW，流量為2m3/h，1用2備，硫酸儲罐容積為10m3，計量泵3臺(2用1備)，流量為125L/h。
強化Fenton氧化池設計尺寸為4m×8m×4m，停留時間為45min，鋼筋混凝土結構。配4臺攪拌機，功率為3kW，溶藥池尺寸為5m×4m×6m，催化劑儲罐容積為15m3，螺桿泵3臺(1用2備)，功率為1.5kW，流量為2m3/h，雙氧水儲罐容積為10m3，計量泵2臺(1用1備)，流量為125L/h，硫酸儲罐容積為20m3，計量泵3臺(2用1備)，流量為125L/h，液堿儲罐容積為15m3，計量泵3臺(2用1備)，流量為125L/h。
⑥原位吸附和強化Fenton氧化沉淀池
原位吸附及強化Fenton氧化沉淀池的設計尺寸及參數參照二級沉淀池。
⑦可再生活性炭吸附塔
可再生活性炭吸附塔主要強化去除水體中殘留的污染物，是焦化廢水處理系統最后一道保障。設計塔高為22m，底面積為10m2，流速為8m/h，不銹鋼結構，共3座。進水方式為下進上出，四周進水，防止短流。配有化工泵4臺(2用2備)，Q=170m3/h，P=500kPa，N=22.8kW。
⑧污泥濃縮池
污泥經濃縮后送往壓濾機房進行脫水處理，包括生化系統剩余污泥、原位吸附池和強化Fenton氧化池產生的化學污泥。設計尺寸為20m×5.9m，共1座，鋼筋混凝土結構。配疊螺式污泥脫水機及附屬設備，處理量為20m3/h，出泥含水率為80%，共3臺(1用2備)。
3、調試與運行效果
為滿足工業園區內5家焦化企業正常生產熄焦用水量，園區需在1個月內將處理量由最初的1000m3/d提升至5000m3/d。由于前端5家企業生化系統對COD具有一定去除能力，對氨氮及總氮脫除效果較差，焦化廢水進入園區污水廠后，COD去除負荷較低，氨氮及總氮去除負荷較高。調試過程中，園區一級好氧污泥回流比為50%，二級好氧污泥至缺氧回流比為100%。
3.1 日處理量提升及硝化負荷分配
園區生化段COD去除負荷較低，主要受到硝化負荷的限制。針對焦化廢水硝化負荷的工程數據較為缺乏的問題，水量提升前，經批量試驗評價園區一段、二段的污泥硝化負荷分別為15.98、21.24kg/h。調試后，處理量為4000m3/d時，一段、二段污泥硝化負荷分別提升至35.33、33.35kg/h。以試驗數據為基礎，指導工程中硝化負荷的提升，結果見圖2、3，可見該方法可以快速提升水量以及硝化負荷且保持硝化效果穩定。
3.2 COD、NH4+-N去除效果
系統對COD、NH4+-N的去除效果分別見圖4、5。如圖4所示，強化Fenton出水COD已降至60～70mg/L，去除率達97%以上，再經活性炭出水后COD低至20～30mg/L，去除率高達99%。如圖5所示，園區二段二沉池出水氨氮長期保證在6mg/L以下，活性炭出水穩定在2mg/L以下，去除率達98%。園區污水廠回水至各焦化廠熄焦用水COD、NH4+-N可以滿足熄焦池水標準，降低熄焦過程中產生的揮發性有機物，提高焦炭品質。運行期間，前端5家污水廠遇到多次沖擊，前端生化段硝化受影響，但園區污水廠依舊穩定運行。
3.3 反硝化總氮去除效果
總氮去除效果見圖6。
硝化調試完成后，水量主要進入一段好氧池，如圖5所示，NH4+-N在一段好氧基本降解完成，在二段缺氧池進行反硝化，無需增加硝化液回流管線。生物脫氮過程中，COD∶TN=4～6無需外加碳源，但本工程碳源不足，需要投加一定碳源。如圖6所示，脫氮穩定后，園區二沉池出水總氮在30mg/L以下，基本穩定在20mg/L，最終活性炭出水總氮在10mg/L以下，脫氮效率在95%以上。
3.4 最終出水水質
調試完成后，隨機抽取3天園區最終出水水質，平均值如表3所示。從表3中數據可以看出，園區出水水質均遠低于《煉焦化學工業污染物排放標準》(GB16171—2012)直排標準，且滿足工程設計標準。
4、結語
工業園區內焦化廢水“前端各廠預處理—后端園區深度處理”兩級處理出水指標均滿足《煉焦化學工業污染物排放標準》(GB16171—2012)，處理效果穩定良好，奠定了焦化廢水零排放基礎。(來源：中國科學院生態環境研究中心 環境水質學國家重點實驗室，中國科學院大學，唐山中科格潤環境技術有限公司，合肥工業大學工業 裝備與技術研究院)
