焦化廢水是煉焦工業產生的混合工業廢水，具有水質成分復雜、可生化性差、生物毒性強等特點，是難處理的工業廢水之一，常采用組合方法進行處理，包括預處理（如隔油、氣浮）、生物處理（如AO、A2O和SBR等）和深度處理（如混凝、吸附和膜濾等）。膜生物反應器（MBR）由于微生物濃度高、出水水質好，在制藥、印染、煉油、焦化廢水等處理領域受到了廣泛的關注，但是膜污染問題限制了其發展，更換新膜的費用以及由膜污染引起的能耗增加阻礙了其大規模推廣。陶瓷平板膜生物反應器（CMBR）耐酸堿和抗污染能力強、機械強度高、使用壽命長，在難降解廢水處理中具有較大的優勢，能耗較低，運行維護簡單。四川某工業廢水處理廠采用預處理+催化內電解+生化處理組合工藝，預處理包括隔油、氣浮，催化內電解采用鐵碳微球，生化處理采用缺氧陶瓷膜生物反應器（ACMBR）+好氧陶瓷膜生物反應器（OCMBR）組合工藝，取得了良好的處理效果，出水主要指標符合《煉焦化學工業污染物排放標準》（GB16171—2012）中的間接排放標準。
1、廢水水質、水量
該項目的焦化廢水主要來自煤氣冷卻、洗滌、凈化等過程，處理對象為氨蒸廢水、地坪清掃水等混合廢水，設計處理規模為1000m3/d。進水中主要污染物濃度和排放標準如表1所示。
2、工藝流程和主要構筑物及設備
2.1 工藝流程
焦化廢水處理工藝流程如圖1所示。
廢水經過隔油、氣浮等預處理去除部分石油類物質和SS后，進入調酸池，投加廢酸調節廢水的pH約為3，以滿足催化內電解池的工作要求。在催化內電解池內，填充的鐵碳微球在pH約為3的環境中反應生成氧化能力較強的·OH自由基和還原性[H]，使難降解的有機物開環、斷鏈，并氧化分解部分難降解有機物，提高廢水的可生化性，同時微電解產生的Fe2+、Fe3+具有絮凝作用，可以去除廢水中一部分SS。在內電解池設置預曝氣，可以增加廢水中的溶解氧，提高廢水的穩定性，氧化廢水中的還原性物質，并能吹脫廢水中溶解的揮發性物質，適度降低廢水中部分COD，為后續的缺氧/好氧兩級陶瓷膜MBR高效去除污染物創造條件，同時為硝化菌、反硝化菌提供營養。內電解池出水進入回調池，投加堿液使廢水pH為7左右，滿足MBR微生物生長環境需求，同時適當補充系統中的堿度。廢水再流入ACMBR池，其主要作用是前置缺氧反硝化脫氮，采用無機陶瓷膜構建生物反應器，陶瓷膜耐酸堿能力、微生物截留能力強，ACMBR池能保持較高的反硝化菌濃度，形成優勢種群，從好氧池回流的硝化液，其回流比為200%~250%，使得ACMBR池具有高效的脫氮能力。廢水再進入OCMBR池，通過曝氣作用使反應器保持好氧環境，以去除COD、BOD5和酚類物質并硝化。陶瓷膜孔徑小，能確保SS和活性污泥被高效截留，出水效果較好。系統中的污泥經過濃縮、脫水處理后送入煤場焚燒。預處理+催化內電解+A/O兩級陶瓷膜MBR構建了完整的焦化廢水處理工藝，可以完成降解有機物、酚類和脫氮的效能，并高效截留SS，使出水水質滿足相關標準。
2.2 主要構筑物及設備
2.2.1 預處理系統
①隔油池。
設隔油池1座，采用旋流分離調節罐（俗稱“罐中罐”）式設計，分為上、下兩層，上層除油，下層沉淀，含油廢水進入上層除油罐，在水力旋流攪拌器的高速攪拌作用下實現油水分離，上浮到水面上的浮油借助浮動在液面的撇油管撇除收集。經過除油后的廢水進入下層沉淀池去除油泥和大顆粒SS，依靠水壓間歇排除。隔油池設計處理能力為50.0m3/h，有效水力停留時間為2.5h，其中上層0.5h、下層2.0h。
②氣浮池。
氣浮能夠去除石油類物質和SS，采用渦凹氣浮凈化設備。與溶氣氣浮設備相比，渦凹氣浮設備無需壓力容器、空壓機、循環泵等設備，設備投資少，裝機功率僅為3.0kW，運行費用低，占地12m2，處理水量為50m3/h，停留時間為15～20min，表面負荷為5~10m3（/m2·h）。池中工作水深不大于2.0m，池子長寬比>4。投加聚合硫酸鐵和PAM對隔油池出水中的乳化油、浮渣進行分離，對石油類物質、SS的去除率可達80%以上。
2.2.2 催化內電解系統
①調酸池。
因為后續的催化內電解反應池對廢水的pH要求嚴格，其最佳工作pH為3，焦化廢水為堿性，因此必須投加稀酸將pH調整到3。設2座鋼制不銹鋼罐，尺寸Ø2.5m×3.0m（有效水深2.7m），水力停留時間0.53h，每個鋼罐配置槳板式攪拌機1臺（功率0.37kW）、在線pH計1臺、超聲波液位計1臺。另配置廢酸罐1個、投加泵2臺（單臺功率為0.11kW）。
②催化內電解池。
催化鐵碳內電解是一種處理難降解工業廢水的新方法，是在傳統的鐵碳微電解法中加入催化劑銅，形成Fe-C催化還原體系。利用鐵和碳發生氧化還原反應，生成高活性的Fe2+、新生態[H]和·OH，與廢水中的污染物發生氧化還原反應，破壞其形態和結構，降低廢水的COD，提高其可生化性。設成套鋼制罐體反應塔2座，單體尺寸Ø2.5m×6.0m，有效接觸容積60m3。罐內填充按照一定配比燒制的鐵碳微球，填充高度為4m，廢水從上而下流經鐵碳微球，下設曝氣管起到預曝氣作用，曝氣量按氣水比8∶1設計，設曝氣鼓風機3臺，2用1備，單機風量4.15m3/min，風壓0.06MPa，功率11.0kW。
2.2.3 生化處理系統
①pH回調池。
投加廢堿液，將催化內電解池出水的pH回調到7左右，并為后續的生化處理系統提供適當堿度，有利于后續ACMBR反應池的反硝化菌生長。鋼制罐體2座，單體尺寸Ø2.5m×3.0m（有效水深2.7m），水力停留時間0.53h，每個罐體配置槳板式攪拌機1臺（功率0.37kW）、在線pH計1臺、超聲波液位計1臺。另配置堿液罐1個、投加泵2臺（單臺功率為0.11kW）。
②ACMBR反應池。
ACMBR反應池的功能是前置缺氧反硝化脫氮，廢水中所含的NH3-N在后續的OCMBR反應池中硝化后回流至ACMBR反應池。反硝化微生物以進入ACMBR反應池廢水中的有機物為碳源，在缺氧條件下降解廢水中BOD5物質，同時實現NO3--N的反硝化，將NH3-N轉化為N2排放到大氣中，達到降低出水NH3-N和TN的目的，BOD5也得到部分去除。ACMBR反應池DO≤0.5mg/L，設計MLSS為8g/L，氮負荷為0.05kg/（kgMLSS·d）。總有效池容為550m3，1座2格，單格尺寸為11.0m×5.0m×5.0m，設計停留時間為13.2h，每格設陶瓷平板膜組件2套，組件尺寸（W×H×D）為2120mm×3300mm×720mm，標稱孔徑為0.1μm，膜通量為40~60L/（m2·h）。共設4臺潛水攪拌機（每組2臺）用于反應池的混合攪拌，單機功率2.20kW。由PLC控制運行，正常運行9min、反沖洗2min。
③OCMBR反應池。
OCMBR反應池具有降解BOD5、氨化等功能，由于陶瓷膜的高截留特性，反應器中的活性污泥濃度可以高達8~10g/L，污泥泥齡長，系統產生的污泥量少，污泥穩定性好。通過水泵的抽吸作用，水從陶瓷平板膜表面的微小孔徑中抽出，而活性污泥等被截留在生化池內，從而實現泥水分離，省去了二次沉淀設備。在出水管上設中間水罐，作為陶瓷膜組件的反沖洗水源。設計OCMBR反應池DO≥2.0mg/L，MLSS為8g/L，BOD5負荷為0.1kg/（kgMLSS·d），總有效池容為1000m3，1座2格，單格尺寸10.0m×10.0m×5.0m，每格設陶瓷平板膜組件4套，膜組件尺寸（W×H×D）為2120mm×3300mm×720mm，水力停留時間為24h，為保證系統內足夠的需氧量，采用鼓風曝氣，選用微孔剛玉曝氣頭，設4臺羅茨鼓風機（3用1備），Q=5.5m3/min，P=0.06MPa，N=11.00kW。設2套在線溶解氧測定儀、2套在線pH測定儀，末端的集水井內設有混合液回流泵2臺，回流比為200%～400%（可調節），硝化液回流管和污泥回流管上均設置電磁流量計。
2.2.4 污泥處理系統
①污泥濃縮池。
采用重力式污泥濃縮池，停留時間12h，固體負荷30kg/（m2·d），剩余污泥送入污泥濃縮池進行濃縮，濃縮后污泥含水率為97%~98%，用輸泥螺桿泵送至帶式壓濾機進行脫水處理。
②污泥脫水間。
污泥脫水間占地5m×10m，設脫水用帶式壓濾機（B=1.0m）1臺，空壓機1套，P=0.06MPa。反沖洗水泵2臺（1用1備），同時配套污泥輸送設備和污泥儲存設備各1套，泥餅裝車外運摻在粉煤灰中焚燒。
3、實際運行效果
該工程調試結束后，在廢水處理站正常運行條件下進行了30d監測，進水流量為850~927m3/d，各處理單元出水主要污染物濃度變化如表2所示。進水COD、氨氮、酚類和SS的平均濃度分別為3363.6、275.18、801.20、449.6mg/L，該工藝對COD、氨氮、酚類和SS的去除率分別達到97.25%、94.64%、99.98%和98.71%，出水主要污染物濃度滿足《煉焦化學工業污染物排放標準》（GB16171—2012）中的間接排放標準。
4、技術經濟分析
該焦化廢水處理項目工程總投資約為1183.25萬元，其中設備購置與安裝工程費用為1036.45萬元，土建工程費用為34.5萬元，其他費用為112.30萬元。廢水運行成本主要包括藥劑費、動力費、人工費等。投加的化學藥劑有純堿、聚合硫酸鐵、陽離子型PAM、磷酸氫二鈉、工業葡萄糖等，經核算藥劑費為6.38元/m3。動力費主要包括提升泵、回流泵、鼓風機、加藥裝置、帶式壓濾機等能耗費用，折算動力費為2.90元/m3，人工費為0.73元/m3，合計總運行成本為10.01元/m3。
5、結論
①采用預處理+催化內電解+陶瓷膜A/OMBR組合工藝處理焦化廢水，對COD、氨氮、酚類和SS的平均去除率分別為97.25%、94.64%、99.98%和98.71%，出水水質滿足《煉焦化學工業污染物排放標準》（GB16171—2012）中的間接排放標準。
②對于難降解廢水，采用催化內電解可以降低廢水的COD濃度，提高廢水的可生化性，減少廢水中有毒物質的毒性，有利于后續的生物處理。
③A/O法的缺氧段和好氧段均采用陶瓷平板膜生物反應器，陶瓷膜的高截留率使反應器中微生物濃度高達8g/L，可以減少構筑物容積，降低有機物負荷。在缺氧池和好氧池分別形成優勢種群，提高處理效率。陶瓷膜的耐酸堿性可以延長系統使用壽命，從而降低運行費用。（來源：湖南城市學院市政與測繪工程學院湖南省村鎮飲用水水質安全保障工程技術研究中心）
