隨著煉焦企業向規模化、集約化發展，大型焦化廢水處理系統在國內已不罕見。由于焦化廢水中存在有害有毒物質，傳統的生物處理方法很難使COD 和氨氮達到排放標準。介紹了包鋼焦化廠焦化廢水處理工藝及運行情況。該廠采用A/O2 法處理焦化廢水，通過調整進水碳氮比、利用共代謝作用和采用延時曝氣，廢水COD 和氨氮的去除效果明顯，出水各項指標均達到《鋼鐵工業水污染物排放標準》（GB 13456—1992）中的一級標準。同時對運行過程中存在的問題進行了分析，以供借鑒。
［關鍵詞］焦化廢水；A/O2 工藝；生物處理
工程實例
焦化廢水是在原煤高溫干餾、煤氣凈化和焦化副產品精制過程中產生的廢水。廢水中含有氨、硫氰酸、酚類物質和其他有機物，如含氮、氧和硫的雜環化合物以及多環芳烴。由于廢水中含有高濃度的氨氮和有毒、有害有機化合物，該類廢水對環境影響很大〔1〕。隨著國家對環保的要求日益嚴格，煉焦企業生產規模趨于大型化、系統化。焦爐的大型化和產能的擴大，使焦化廢水的產生量相應增加，由此，大型焦化廠的廢水處理顯得更為重要。常規的預處理+生化二級處理工藝難以保證焦化廢水中的COD和氨氮穩定達標〔2〕。
包鋼焦化廠現有10 座焦爐，焦炭年生產能力465 萬t，有焦化廢水處理站2 座，其中第二廢水處理站處理規模為350 m3/h，屬于國內大型焦化廢水處理設施之一。第二廢水處理站于2007 年底投產，采用A/O2 法生物脫氮工藝，其廢水主要來源于蒸氨廢水、焦化副產品回收及精制過程中產生的廢水、煤氣管道水封排水以及包鋼燃氣輪機發電系統廢水等。其設計進出水水質如表1 所示。
表1 系統設計進出水水質
為實現廢水的全面達標排放，在工藝設計和水質調節等方面進行了有益的探索，取得了很好的效果。
1 處理工藝流程及構筑物
廢水處理系統工藝流程見圖1。
圖1 廢水處理系統工藝流程
各構筑物的設計參數及主要功能見表2。
表2 各構筑物設計參數及主要功能
2 運行結果討論
2.1 系統的啟動
接種污泥取自市政污水處理廠的脫水污泥。投加量為3.5 kg/m3。根據現場實際情況，首先經由缺氧池向好氧池注入半池清水，然后開啟鼓風機，直接向好氧池內多點投加去除大塊雜物后的脫水污泥。
在污泥投入好氧池后，適量投加磷鹽并注滿水進行悶曝，監測池內的溶解氧值，使溶解氧保持在2～4 mg/L，觀察活性污泥顏色應由黑變黃，此過程大約需要1～3 d。繼續曝氣，直至污泥明顯轉變顏色，并有絮體生成。待污泥活性恢復后，向系統少量連續或間斷加入污水。每天換水1～2 次，每次換水量為設計容積的1/10，混合液進入二沉池，待二沉池液位達到額定位置時，啟動污泥回流系統向A/O2 池內回流污泥。
2.2 運行參數的控制
2.2.1溶解氧
A 池溶解氧（DO）要求控制在0.5 mg/L 以內。A池DO 的大小會隨混合液的回流比發生變化，混合液回流量過大會導致A 池DO 過高，影響反硝化效果。O 池DO 一般控制在4 mg/L 左右，但因其前端負荷大，要求DO 相對較高，為4～6 mg/L。O 池出口DO控制在2 mg/L。
2.2.2溫度
環境溫度對微生物的活性影響明顯，一般情況下微生物生長最適宜的溫度為10～38 ℃。在生物脫氮系統中，保持水溫在25～30 ℃，其中硝化菌對溫度更敏感，其最適宜水溫為30 ℃左右。在冬季調試運行中，采用了蒸汽加熱的方法，使A/O 池水溫保持在要求范圍之內。
2.2.3 pH
在硝化反應過程中，1 g氨氮轉化為硝酸鹽氮約消耗7.14 g重碳酸鹽（以CaCO3計）。如果系統中沒有足夠的堿度，隨著系統中氨氮的降解，pH 會下降很快。硝化菌對pH 的變化十分敏感，為保持適宜的pH（硝化菌的適宜pH 為8.0～8.4），需在O 池中保持足夠的堿度。對比試驗表明，在O 池中投加NaOH對pH 的提高效果比Na2CO3更明顯。
2.2.4混合液回流比
O 池混合液回流到A 池的比例要足夠大，才能保證硝酸鹽更多地被轉化為氮氣。但其回流比也不宜太大，因為混合液回流量過大會導致A 池DO 過高，使反硝化菌的活性受到抑制。由此，混合液回流比應控制在200%～400%，一般為300%左右。
2.2.5污泥負荷
為使系統達到更好的脫氮效果必須控制系統的處理負荷。因為在微生物菌群體系中，硝化菌的比增長速率要低于異養型細菌，在高負荷環境中，生長速率高的異養細菌能夠很快利用溶解氧將進水中的有機物降解，并形成自身的增殖；而生長速率緩慢的硝化菌則不能很好地利用系統的氧降解氨氮，使硝化菌不能得到增殖，脫氮效果下降。運行中系統的COD 污泥負荷基本上在0.1～0.2 kg/（kg·d）。好氧池通過隔墻分成O1 段和O2 段，在O1 段碳化菌和硝化菌能夠合理地生長，進水中的COD 和氨氮得到降解；在O2 段系統微生物利用內源呼吸作用對剩余的有機物和氨氮進行再次降解，此時系統的有機物成分相對較少，碳化菌基本上處在內源呼吸末期及微生物的休眠期，而硝化菌則占絕對優勢，對氨氮的降解更徹底。
2.3 系統運行情況
生物處理后，出水氨氮已達到GB 13456—1992的一級排放標準，但COD 仍較高；經過混凝沉淀處理后，出水COD 達到GB 13456—1992 的一級排放標準。2011 年5 月系統的運行情況見表3。
表3 系統主要污染物去除情況mg/L
3 工藝特點及應改進的問題
（1）接入燃氣輪機廢水，嘗試將不同水源污水混和后進行處理，其結果降低了容積負荷，使碳氮比更加合理，達到事半功倍的效果。焦化廢水COD 很高，從而其碳氮比過高，在硝化過程中，從微生物角度考慮，由于硝化菌生長慢，異養菌生長快，有機物過多，異養菌活躍，繁殖快，會抑制硝化菌的活性，只有COD 降到一定程度后，硝化菌才能從被抑制中活躍起來。反硝化過程是反硝化菌利用系統的碳源將硝化產物NO2-和NO3-還原成N2，因此，碳源是否充足將直接影響反硝化效果〔3〕。理論上講，碳氮比為2.86時，即可滿足反硝化需要〔4〕，而S. Brond 等〔5〕的試驗表明，COD/ρ（N）>8 時才能使反硝化完全。接入碳氮比較低的燃氣輪機廢水，使進水COD/ρ（N）調整到8左右，從而有利于硝化反硝化反應的進行。
（2）接入生活廢水，利用共代謝作用。微生物的共代謝作用是指只有在初級能源物質存在時才能進行的有機化合物的生物降解過程。許多難降解有機物的去除都是通過共代謝途徑進行的。例如，在氧化塘處理焦化廢水的系統中，投加生活污水可大大提高COD 去除率，其主要原因就是生活污水中含有多種營養元素，加強了生物的共代謝作用〔6〕。在系統設計中，將廢水處理站小區生活污水收集到集水井中，通過格柵去掉大的漂浮物后進到A 池中處理。具體參見http://www.jianfeilema.cn更多相關技術文檔。
（3）采用延時曝氣法，利于污染物的降解。延時曝氣法是通過延長曝氣時間，使微生物處于內源呼吸階段，可大大減少剩余污泥量；曝氣池中MLSS 較高，有機負荷低。同時由于微生物量大、濃度高，可適應一定范圍內的水質、水量變化。該系統中A/O2池停留時間達到98 h，MLSS 達到5 000～6 000 mg/L。
（4）采用微孔曝氣管，提高氧利用率。O 池中鋪設了服務面積為2～8 m2/（根·h）、長1 000 mm、管徑67 mm的管式曝氣器4 028 根。每個曝氣器開有約5萬個1～3 mm 微孔，曝氣時管狀膜套沿徑向等徑擴張，產生大量大小一致、細密均勻的氣泡，大大增加了氣液接觸面積，氧利用率高達40％以上。膜套厚度小、彈性高、壓力損失小；膜套上微孔數量多而細密，理論充氧動力效率高達9.0 kg/（kW·h）以上。
不過，通過幾年的運行該系統也暴露出一些問題，如氣浮除油效果差，對懸浮物去除率不高；A 池潛水攪拌器能力偏小，故障率高，從而影響缺氧反應的順利進行；微孔曝氣管有脫落現象，影響曝氣效果；混凝沉淀池刮吸泥機裝置化學污泥提升量不好把握，從而一定程度上影響了出水COD 和懸浮物的穩定達標。
4 系統運行費用分析
系統運行費用分析結果表明，處理1 m3水的運行費用為5.91～7.26 元，其中原材料和動力消耗成本為5.07～6.42 元/m3，人工費0.16 元/m3，制造費0.68元/m3，折舊費0.57 元/m3，檢修維護費0.11 元/m3。說明藥劑等原材料和水、電等的合理有效使用是降低廢水處理成本的重要手段。
5 結語
采用A/O2 法處理焦化廢水在大型系統中優勢明顯，操作簡單，運行穩定。碳氮比的合理選擇、共代謝作用的利用以及延時曝氣等措施使系統COD 和氨氮去除效果明顯，且該方法處理運行成本較低。
［參考文獻］
［1］ Wang Jianlong. Bioaugmentation as a tool to enhance the removal of refractory compound in coke plant wastewater［J］. Process Biochemistry，2002，38（5）：777-781.
［2］黃浪，王國承，劉洪，等. 好氧—兼氧—好氧技術處理焦化廢水［J］.工業水處理，2011，31（4）：72-75.
［3］楊平，王彬. 生物法處理焦化廢水評述［J］. 化工環保，2001，21（3）：144-149.
［4］陳風崗，劉俊新. 薛城焦化廠廢水的A/O 處理工藝［J］. 給水排水，1994，20（1）：27-30.
［5］ Brond S，Sund C. Biological removal of nitrogen in toxic industrial effluents［J］. Wat. Sci. Tech.，1994，29（9）：231-240.
［6］單明軍，呂艷麗，叢蕾. 焦化廢水處理技術［M］. 北京：化學工業出版社，2007：30-34.
［作者簡介］巴雅爾（1972-），高級工程師，在讀博士。（谷騰環保網）
