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摘要：焦化廢水是在煉焦、煤氣高溫干餾等生產過程中產生的高濃度、難降解的有機廢水。其成分極其復雜，污染物濃度高，而且色度高，水質變化波動大，毒性強。當前，焦化廢水處理技術主要有好氧生物處理技術、活性炭吸附技術及芬頓氧化處理技術等，但均存在一些問題，不能滿足日益增長的環保需求。本文綜述了焦化廢水處理技術現狀，展望了其未來發展方向。
焦化行業是我國經濟體系中重要的一環。隨著我國環保政策的日益趨嚴，焦化行業面臨的挑戰越來越大，尤其焦化廢水污染嚴重，成分復雜，含有大量難生物降解物質，所以處理難度大，是焦化行業發展的巨大阻礙。傳統的污水處理技術主要采取物理預處理和生物處理，而單一工藝已經滿足不了日益提高的環保要求。因此，我國積極研究和探索新型、科學、有效的焦化廢水處理技術，在大量的研究和實踐中取得了一定成效，并逐步將其應用在實踐中。
1焦化廢水的特點及危害
焦化企業的主要生產過程是先對煤進行洗選，然后將含水約10%的煉焦煤粉碎到規定的目數，隨后將其從焦爐頂部送入碳化室，經過高溫干餾，最后生產出焦炭[1]。焦化廢水是來自各個工藝段的混合污水，成分復雜多變，毒性大，含有較多的難生物降解物質，如酚、氰、脂肪類化合物、雜環化合物以及多環化合物等。除了有機物之外，還有大量無機成分，如硫化物、氰化物、氨氮等。焦化廢水中，酚類化合物是原型毒物，對一切生物均具有一定的毒害作用，能夠使生物的細胞失去活力，凝固蛋白質。多環和雜環化合物中，很多具有致癌和致突變作用，長時間接觸煤焦油、瀝青等物質的人患有皮癌、唇癌以及肺癌的概率高。焦化廢水如不進行有效的處理和控制，大量有機物將進入水體中，消耗水中的溶解氧，危害水生生物；高濃度的氨氮能夠造成水體富營養化，使得水體出現惡臭、水質下降，導致魚類等生物窒息死亡。
2焦化廢水深度處理技術現狀
2.1生物處理技術。生物處理技術是利用微生物的氧化分解能力降解廢水中有機物的方法，在焦化廢水處理中常作為廢水的二級處理技術。目前，主要的生物處理技術有好氧生物處理、厭氧生物處理以及二者的組合工藝。好氧生物處理技術在焦化廢水處理中應用較為廣泛，它具有處理水大量、運行費用低、去污范圍廣等優點，是我國最早應用于焦化廢水處理的技術。好氧生物處理技術大多利用具有吸附性能的物質聯合應用，例如，在其曝氣反應池中投加活性炭粉末等，利用活性炭粉末對有機物和溶解氧的吸附作用，以保證微生物具有良好的生存條件，進而加速對有機物的氧化分解。厭氧生物處理技術具有低能耗、低污泥量等優點，得到我國研究者的重視。該技術尤其對酚類物質具有良好的去除效果。有研究者利用UASB處理焦化廢水，在進水COD濃度超過2000mg/L，pH6.0～7.6，溫度30～35℃，COD負荷10～15kg/（m3·d），停留時間3～12h的條件下，其COD的去除率可達80%～85%。還有研究者利用厭氧活性炭膨脹床等厭氧處理技術處理焦化廢水，均取得了良好的效果。好氧、厭氧生物處理技術具有各自的優勢，但其還存在一些缺陷，因此，厭氧-好氧結合的技術應用而生。好氧微生物具有大量的自由能，可以同時適應多種機制。厭氧微生物降解是一個由相應微生物參與的串聯反應，完成厭氧降解處理需要多種微生物的協同作用，因此，厭氧技術更適用于預處理。單獨的好氧技術或者厭氧技術均不能達到令人滿意的結果，厭氧、好氧技術的結合發揮了各自的優勢，克服了一些自身的缺點，使得焦化廢水處理效果得到顯著提高，使得出水中COD和氨氮均處于較低的水平，目前，該技術也是國內外焦化廢水處理技術的主流。
2.2化學處理技術。污水的化學處理技術是利用化學氧化方法對污染物進行降解，進而達到凈化水的目的。在焦化廢水處理中，應用最多的是高級氧化技術，其利用具有強氧化性能的羥基自由基來氧化污水中的有機污染物，將其降解為二氧化碳和水。此外，還有光催化氧化、電化學氧化、濕式氧化等。2.2.1電化學氧化技術。電化學水處理技術是污水中污染物在電極上發生直接的電化學反應或者由電極產生具有強氧化活性的物質對污染物進行氧化分解。電化學氧化技術具有氧化能力強、工藝簡單、不產生二次污染等優點，在廢水處理中有著廣泛的應用。有研究者采用該技術處理焦化廢水，以PbO2/Ti作為電極，結果表明，電解反應2h后，COD可以從2143mg/L降解到226mg/L，同時大部分氨氮被去除；研究還發現，反應中電解材料、氯化物濃度、pH值等因素對COD和氨氮的去除率均有一定的影響[2]。2.2.2催化濕式氧化技術。催化濕式氧化技術是在高溫、高壓的條件下，借助催化劑的作用，空氣中的氧氣溶于水，將懸浮在水中的有機物氧化，最終轉化為氮氣和CO2等無害物質。濕式催化氧化技術具有氧化速度快、二次污染低、適用范圍廣等優點。我國已應用該技術對焦化廢水處理進行了相關研究。有研究者利用超聲空化技術對焦化廢水進行預處理，然后利用濕式氧化技術對預處理后的廢水進行處理，結果發現COD的去除率可達95.7%[3]。但該技術還存在一些缺陷，如催化劑價格比較昂貴、處理成本高、運行條件嚴格等，限制了其實際應用。2.2.3臭氧氧化法。臭氧常作為污水的消毒劑來使用，其具有強氧化性，能和污水中的大多數有機物反應，對污水中的酚、氰等物質去除效果較好，此外，還能進行脫色、除臭等。臭氧氧化法污染物去除速度快，多余的臭氧很快會分解為氧氣，無二次污染，而且操作簡單。但是，其存在投資高、能耗高等缺點，在實際污水處理中應用較少。
2.3物理處理技術。2.3.1吸附法。吸附法是利用吸附劑去除污染物的方法，常用的吸附劑為活性炭。活性炭是一種非極性吸附劑，具有良好的吸附性能和穩定的化學性質，能夠耐強酸、強堿，不易破碎。目前，活性炭是廢水處理中普遍采用的吸附劑，在焦化廢水處理中具有良好的效果，通常作為廢水處理的二級或末端處理工藝。經活性炭處理，焦化廢水的出水色度、酚及氰化物均能滿足當前污水排放標準。但是，活性炭再生難度大，裝置運行費用高，該技術在焦化廢水的處理中應用較少。2.3.2離子交換法。離子交換法是利用離子交換劑將廢水中的離子進行交換而去除有害離子的技術。該技術去除率高、設備簡單，而且易于操作，缺點是預處理要求較高。離子交換技術適用于處理含氰化物較低的焦化廢水，效果較好。其在處理高濃度含氰焦化廢水時會析出具有高毒性的氰化氫氣體，破壞交換樹脂。因此，其適用于焦化廢水處理系統的末級處理，不適合二級處理。
3焦化廢水處理技術進展
焦化廢水在國內外一直是污水處理領域的難題，一直沒有出現突破性的進展。焦化廢水污染物成分復雜，而且不同企業、不同時段的污染物濃度差別較大，其中大量的污染物屬于難生物降解物質，對處理工藝的穩定性有著極高的要求。目前，降解焦化廢水中的COD和氨氮主要技術還是生物法，以普通的活性污泥法為主，其對酚類物質有良好的處理效果，對難生物降解物質和氨氮的處理效果較差，難以達標排放。當前，我國焦化廢水處理的主要問題是：小型焦化廠污水處理設施不全，資金投入不夠；處理后的污水很難實現達標排放，部分企業利用循環冷卻水和生活污水對其進行稀釋排放；企業缺乏穩定經濟的處理技術，往往投入大量資金，其處理效果也未能滿足當地的環保要求；在處理過程中容易造成二次污染。隨著我國對環境保護的重視，企業污水處理廠和城市生活污水處理廠的排放要求不斷提高。近年來，很多新技術先后應用于焦化廢水處理中，但均存在一些缺陷。利用多種技術組合聯合工藝對其進行處理，有著良好的效果，也是今后發展的重要方向，尤其是以高級氧化技術為基礎的組合工藝具有廣闊的應用前景。芬頓試劑具有強氧化作用，對去除有機物具有顯著的優勢。此外，氧化試劑還有過氧化氫、羥基自由基等。有研究者利用“氧化預處理+MBBR+磁混凝”深度處理工藝對焦化廢水進行處理，首先通過氧化預處理來提高焦化廢水可生化性，然后送入MBBR再次進行生化處理，最后排入絮凝池，同時加入PFS及磁粉，利用磁混凝技術將其進行沉淀去除。結果表明，該工藝在2000m3/d規模的焦化廢水深度處理示范工程中運行穩定，COD出水濃度可保持在60～80mg/L，TN濃度可保持在10.8～11.3mg/L，TP的排放濃度介于0.20～0.23mg/L，懸浮物濃度介于6～7mg/L，出水水質均滿足新的排放標準要求。有研究利用（磁）混凝-臭氧催化氧化法的組合工藝對焦化廢水進行處理，該技術結合了催化氧化和混凝作用兩者的優勢，即通過混凝沉淀提高出水水質，再利用臭氧與催化劑協同作用產生的強氧化自由基來加快廢水中污染物的氧化。此外，還有多種組合工藝不斷應用于焦化廢水處理中，如磁混凝+臭氧催化氧化+UF+RO組合工藝，該工藝主要是對生化處理后的高含鹽焦化廢水進行處理，其出水水質能夠達到回用要求。焦化廢水治理技術受多種條件的制約，因此，針對焦化廢水的特點，因地制宜地選擇適合的工藝，才能更好地實現其達標排放或者回用的目的。
4結語
焦化廢水污染濃度高、成分復雜，而且毒性高，因此其處理難度比較大。焦化廢水處理的主要限制因素是處理效果、投資以及是否造成二次污染。當前的技術單獨使用均不能滿足其要求，人們需要在實踐過程中不斷嘗試、積累經驗，結合焦化廢水的特點進行組合工藝研究。近些年，焦化廢水處理技術有了較快的發展，人們在傳統方法的基礎上研究出很多新型工藝，但焦化廢水處理技術還具有廣闊的發展空間。隨著我國經濟的快速發展，環境質量要求不斷提升，未來，人們要持續研發投資少、運行費用低、處理效果好的焦化廢水處理新工藝。
參考文獻
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2謝海深，孫風江，張嘉欣，等.低溫超導磁分離技術在深度處理焦化廢水的研究與應用[J].工程建設，2018，50（12）：65-69.
3何燦，劉鯉粽，何文麗.臭氧催化氧化深度處理焦化廢水的試驗研究[J].潔凈煤技術，2016，22（5）：53-58.
作者:裴坤 李書卷 許征宇 單位:中國科學院等離子體物理研究所 合肥科聚高技術有限責任公司 無錫金鵬環保科技有限公司