1.焦化廢水的特點(diǎn)和難點(diǎn)
焦化廢水是在原煤高溫干餾、煤氣凈化和化工產(chǎn)品精制過(guò)程中產(chǎn)生的廢水，其成分復雜，含有大量的酚類(lèi)、聯(lián)苯、吡啶、吲哚和喹啉等有機污染物，還含有氰、無(wú)機氟離子和氨氮等有毒有害物質(zhì)。不同企業(yè)因原煤性質(zhì)、碳化溫度、煉焦工藝選擇的差異,使廢水水質(zhì)差別較大, COD、TN濃度分別在946~7200、233~1499.53 mg/L范圍內波動(dòng),其余指標分布也不均勻,濃度相差數倍至10倍。廢水形成COD的物質(zhì)主要含苯酚和硫氰化物、氰化物，因此也被稱(chēng)作酚氰廢水，酚氰廢水經(jīng)過(guò)蒸氨塔進(jìn)入處理系統，因此廢水水質(zhì)的變化與蒸氨塔的參數密切相關(guān)。
實(shí)踐中發(fā)現，由于蒸氨塔參數控制不嚴，水中的氨氮變化是最常見(jiàn)的現象，加堿量是蒸氨塔重要的控制參數，需要準確計量加堿量才能控制好出口的氨氮濃度。酚氰廢水中氨氮濃度值以及變化的幅度和生活污水相比要大得多，而氨氮又是微生物CNP營(yíng)養元素的關(guān)鍵因素，焦化廢水處理過(guò)程中普遍存在參數波動(dòng)的根本原因就是氨氮濃度變化幅度大。
2.對焦化廢水處理工藝級控制參數的認識
2.1預氧化對生化處理作用明顯
普遍認為,焦化廢水BOD/COD均值約為0.30，屬可生化處理廢水,但由于首段厭氧對焦化廢水COD去除有限,而好氧能夠去除廢水中大部分有機物的性質(zhì)決定了焦化廢水處理過(guò)程的高耗能。大量的工程實(shí)踐證明，在焦化廢水處理中，厭氧池作用不大。
前幾年，有人提出OHO流化床生物處理工藝。據介紹，該工藝的反應器核心是基于污泥原位分離的內循環(huán)好氧生物三相流化床；O1作為除碳和氨化單元,去除水中絕大部分的有機污染物并且轉化含氮化合物為氨分子;部分剩余難降解大分子有機物進(jìn)入水解池H，通過(guò)水解酸化作用提高殘余有機污染物的可生化性,為O2進(jìn)一步降解有機污染物創(chuàng )造條件；HO組合成一個(gè)高效的生物脫氮單元,通過(guò)強制硝化反硝化,實(shí)現高效脫氮。原理上似乎很理想，但是OHO流化床工藝由于反應單元結構上的原因，省去二沉池，整個(gè)工藝因缺少污泥分離回用功能而失敗。O/H/O工藝至今并沒(méi)有被推廣。
現在焦化企業(yè)存在的處理工藝大多數是A/A/O，A/A/O/O，近幾年興起的有O/A/O，O/A/O/ A/O工藝。O/A/O/ A/O主要是針對脫TN的工藝。
O/A/O/A/O，O/A/O工藝，都是增加了預氧化，去掉了厭氧工藝，從實(shí)踐來(lái)看，效果是有意義的。筆者參與改造的一家焦化企業(yè)廢水處理，就是把原來(lái)的UASB改造成預氧化池，HRT=20h，曝氣強度=4.56m3/( m2·h)，COD去除率達到30%，硫氰化物轉化為硫酸鹽（亞硫酸鹽），氨氮升高約10%，預氧化以后，水質(zhì)對后續微衛生的毒性減小了，好氧池的去除率穩定了。同時(shí)需要注意，改造成預氧化以后，預曝氣池出水有懸浮物，需要設計一個(gè)沉淀池分離絮體污泥，同時(shí)回流到預氧化池?；亓鞯男鯛钗勰鄷?huì )在預氧化池內發(fā)揮更好的吸附作用，進(jìn)一步提高COD去除率。
2.2缺氧池的攪拌很重要
缺氧池的作用主要是反硝化的場(chǎng)所，混合液或者二沉池上清液回流到缺氧池進(jìn)口，增加進(jìn)水中的溶解氧（DO），DO保持在0.2-0.5mg/L比較理想。實(shí)際過(guò)程中，缺氧池的作用效果差別較大，池中有沒(méi)有填料差別不大，筆者改造某企業(yè)的焦化廢水設施，有并列的兩組同樣大小的A/O系統，缺氧池一個(gè)有填料另一個(gè)沒(méi)填料，有填料的效果也不明顯，主要是填料發(fā)揮作用不理想，原因是填料絲徑太細，掛不上活性污泥。筆者參觀(guān)過(guò)20多座焦化廠(chǎng)，填料塌陷是普遍現象，而影響最大的還是攪拌效果差，絕大部分缺氧池采用潛水攪拌器，究竟作用如何，很少有人去研究分析，缺氧池出水堰水流不均勻，也影響缺氧池反應，其實(shí)，從缺氧池表面水流狀態(tài)，三角堰出水均勻程度就判斷缺氧池攪拌均勻程度，建議以增大攪拌器功率，改變攪拌器的角度和位置，改善攪拌效果。如果不能停產(chǎn)，改造檢修確實(shí)有困難，還可以采取水泵抽水，水面均勻布管的方式，可以在線(xiàn)安裝，產(chǎn)生理想的攪拌效果。缺氧池的MLSS=4000-6000mg/l。如果進(jìn)一步提高污泥濃度，則要更加注意攪拌均勻的問(wèn)題。
硝化液或者混合液回流的比例是根據缺氧池溶解氧（DO）濃度來(lái)定的，一般DO控制在0.2-0.4mg/L，去除氨氮主要在好氧池完成，需要培養活性污泥中的硝化細菌。
2.3好氧池溶解氧適當提高
好氧池是焦化廢水處理的中心環(huán)節，即使是A/O/A/O工藝，第一級好氧池也是去除COD
和NH3–N的主要場(chǎng)所，第二級A/O主要是去除TN。好氧池的主要參數是溶解氧（DO）和沉降比（SV30），筆者認為，焦化廢水好氧池比城市污水好氧池的溶解氧控制要高一些，原因是焦化廢水難生化降解，對溶解氧的需求量大，硝化細菌更脆弱一些，因此保持高的溶解氧和沉降比，才能保證出口的COD和NH3–N的去除率。實(shí)踐中還證明，高溶解氧比低溶解氧耗能高一些，但是，焦化廢水的高溶解氧帶來(lái)的結果是剩余污泥很少，有的企業(yè)很長(cháng)時(shí)間不排泥，好氧池活性污泥仍然生長(cháng)正常。剩余污泥排量少，減輕了污泥處理的壓力，也算是一種經(jīng)濟補償。建議：好氧池末端溶解氧控制在5.0-5.5mg/L，沉降比控制在45-60%，這樣對系統穩定有好處,硝化細菌的數量活性保持穩定，出水NH3-N≤3mg/l。根據筆者統計，好氧池的HRT=90-100h，水深可以設計到7-8m，MLSS=4000-6000mg/L。好氧池如果處理效果差，檢查沉降比、溶解氧和回流污泥濃度，總有至少一項不在建議范圍。
焦化廠(chǎng)的風(fēng)機絕大多數是離心風(fēng)機或者羅茨風(fēng)機，建議好氧池的風(fēng)機盡早更換為高速懸浮風(fēng)機，節能很明顯。一個(gè)年產(chǎn)60萬(wàn)噸焦化廠(chǎng)的好氧池風(fēng)機功率約是160kw，按照節能20%計算，每年節約的電費約是17萬(wàn)元，加上維護費，約20萬(wàn)元，一臺高速懸浮風(fēng)機的價(jià)格約是60萬(wàn)元，投資回收期不到3年，而且風(fēng)機維護量很小，噪音很小，符合環(huán)保要求。
3.對焦化廢水處理設備的認識
3.1隔油設備重點(diǎn)是重油分離要及時(shí)
隔油設備就是重力隔油池，有標準設計，現場(chǎng)的隔油池基本是一個(gè)模式，有的是增加了斜板，很快就被重油壓壞了，所以，隔油池就是一個(gè)小的平流沉淀池。值得注意的是，下面的泥斗排泥不及時(shí)，就會(huì )造成泥斗被重油沉積而硬化，流動(dòng)性很差，排泥不能正常。因此很多的隔油池，都是一個(gè)過(guò)水渠而已，每年趁大修時(shí)間，停產(chǎn)排空，用蒸汽加熱下面的泥斗，用人工清掏的辦法，徹底恢復泥斗的作用。建議：加高隔油池高度，加強重力排泥，排泥閥改成電動(dòng)控制，定時(shí)定量排泥，保證隔油除油效果。水面的隔油板一般可靠，隔油效果穩定。
3.2氣浮設備對除油作用明顯
氣浮設備一般焦化廢水處理站都有的，有的氣浮設備閑置多年不用。筆者認為，氣浮設備是有必要的，主要用來(lái)除油，如果蒸氨塔前有可靠的除油措施，能保證水中含油量低于100mg/L，則可以在焦化廢水處理站不設氣浮池，氣浮設備的作用主要是用來(lái)除油，可以不加藥劑，就利用溶氣氣浮的原理直接除油，效果也能滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。有的廢水中前期處理效果差，廢水中含油量較大，鏈條刮泥機刮出來(lái)的浮渣流動(dòng)性很差，需要用螺旋輸送機排除浮渣。
筆者曾經(jīng)將調節池的底部曝氣管間斷供風(fēng)，也能起到浮油的作用。但是從水中分離出浮油，需要設計一個(gè)浮動(dòng)排油槽。
3.3建議曝氣設備改成可提升曝氣頭
曝氣設備是焦化廢水處理的重要工具，現場(chǎng)好氧池大多數的設計采用微孔曝氣器，池底布置，水深5m。微孔曝氣器有兩大弊病，一是安裝在池底，安裝檢修不方便，一旦更換或檢修就要清空池子。二是微孔曝氣器堵塞是不可避免的，曝氣管采用的ABS管材也是容易老化，斷裂是經(jīng)常的。這幾年微孔曝氣器正在被其它先進(jìn)的曝氣設備所代替，例如旋流曝氣器，H型曝氣管。筆者建議，采用旋流曝氣器改造現有曝氣設備很方便。曝氣頭的材質(zhì)為復合塑料，耐腐蝕耐高溫老化，單頭服務(wù)面積4m2，供風(fēng)量0.25-0.35m3/min，支管直徑DN20，入水部分采用不銹鋼材質(zhì)，因為供風(fēng)支管和曝氣頭是一對一安裝，所以，日常運行過(guò)程中可以隨意調整風(fēng)量，也可以很直觀(guān)的根據水面波紋判斷曝氣頭運轉是否正常。根據筆者改造的工程實(shí)例檢測，同一座好氧池，微孔曝氣頭改成旋流曝氣頭，總節約風(fēng)量在20%以上，造價(jià)約500元/m2，焦化廢水處理站的風(fēng)機風(fēng)量在夏天經(jīng)常表現為風(fēng)量不足，采用旋流曝氣頭正好可以避免這個(gè)問(wèn)題。改造成旋流曝氣器可以不動(dòng)原來(lái)的系統，不用停水，就可以完成在線(xiàn)安裝在線(xiàn)檢修。
3.4沉淀設備是污水處理的樞紐環(huán)節
沉淀池是廢水處理中的樞紐和中心環(huán)節，好氧池活性污泥回流要靠沉淀池分離出來(lái)的高濃度污泥，如果沉淀池處理效果差，則會(huì )造成一正一負的雙重作用。首先，分離不好使污泥流失，活性污泥流失對焦化廢水處理的影響是很明顯的，因為好氧池本身每天產(chǎn)出來(lái)的剩余污泥量就很少，一旦流失，好氧池的污泥沉降比就會(huì )下降。偶爾沉淀池跑渾明顯，短時(shí)間就會(huì )使沉降比降到20%以下，去除率下降，出水COD升高，隨之氨氮也跟著(zhù)升高。同時(shí)，出水懸浮物高，也或造成COD數值高。甚至超出排放標準。其次，沉淀分離效果差影響回流污泥濃度，回流污泥濃度低，好氧池的活性污泥濃度就下降，污泥沉降比也跟著(zhù)下降?，F場(chǎng)很多次發(fā)現，沉淀池異常時(shí)，回流污泥濃度沉降比在60%，正常的數值在90%以上。有時(shí)候為了達到回流污泥沉降比，可以間歇回流，因為連續回流保證不了污泥濃度。有很多二沉池水面漂泥，原因就是排泥不徹底，池內泥面上升，把刮泥刀埋沒(méi)，泥面沒(méi)有水位差，刮泥桁架不能把所有污泥集中到泥坑，池底污泥腐敗上浮。
現場(chǎng)調研發(fā)現，輻流式的二沉池三角堰出水不均勻，從中心筒進(jìn)水分配到圓周，應該是360度均勻的，由于三角堰不平，導致水走短路，圓周上收集槽不能均勻收水，有的二沉池圓周上只有1/6三角堰出水，5/6的三角堰不出水。焦化廢水二沉池三角堰配水量和市政污水二沉池相比本來(lái)就很小，一旦水走短路，偏流很明顯，分離效果很差。筆者在現場(chǎng)多次找平圓周三角堰的水平高差，對降低出水懸浮物收到明顯的效果。
從設計方面分析，沉淀池設計參數存在不統一，憑經(jīng)驗，雖然池型都是小型輻流式沉淀池，但是具體結構設計隨意性很大。見(jiàn)表1-6。
3.4.1沉淀池的設計規范
《室外排水設計規范》（GB50017-2014）關(guān)于沉淀池的設計參數。
《焦化廢水處理技術(shù)規范》（HJ2022-2012）
《煉焦化學(xué)工業(yè)污染防治可行技術(shù)指南》（HJ2306-2018）
a）一級生物脫單處理技術(shù)
“……二沉池表面水力負荷一般為1.0-1.5m3/m2·h（活性污泥法）或1.5-2.0m3/m2·h（生物膜法），沉淀池時(shí)間一般為2.0--4.0h（活性污泥法）或1.5-4.0h（生物膜法）；……”
把上面的一段文字整理列表如下：
從《技術(shù)指南》的條文來(lái)看，指標有所調整，但是參數的上限仍然沒(méi)有突破。
3.4.2設計的實(shí)際參數
而實(shí)際上，某焦化集團的焦化廢水處理站關(guān)于二沉池的設計參數，卻是另一個(gè)參數。
對照規范數據和實(shí)際數據看出，設計不按照規范來(lái)選擇，而是根據焦化廢水的特點(diǎn)設計的，而且設計的隨意性很大。沉淀池設計參數偏離規范數據，表面水力負荷太低，停留時(shí)間太長(cháng)，另?yè)治?，二沉池漂泥也是因為停留時(shí)間太長(cháng)，廢水在二沉池內完成了反硝化過(guò)程，氮氣逸出，帶著(zhù)污泥上浮至水面。
筆者調研了某鋼廠(chǎng)焦化廠(chǎng)、某某焦化廠(chǎng)廢水處理站的沉淀池數據。
筆者發(fā)明了一種新型高效沉淀池，沉淀原理應用了新的混凝理論，高效沉淀池內又高又厚的污泥懸浮層為提高分離效率發(fā)揮了作用。顯著(zhù)的高徑比提高了底流固含，排泥濃度可以達到5%以上。填料層的設計增加了上流阻力，提高了水流的斷面均勻性，又相當于增加了空間絮體濃度，增加了顆粒碰撞機會(huì )，進(jìn)一步攔截細小的絮體。高效沉淀池的這些特點(diǎn)，使其具備了在固液分離場(chǎng)合具有獨特的作用，擴大了適用范圍。
在焦化廢水處理中應用的結果證實(shí)，高效沉淀池可以代替傳統的幅流式沉淀池，具有占地小，出水水質(zhì)好，效率高的特點(diǎn)，可以更廣泛的使用。高效沉淀池的設計參數明顯優(yōu)于普通輻流池的實(shí)際參數，而且，實(shí)際運行數據又符合有關(guān)技術(shù)規范的數據。
3.4.3高效沉淀池設計參數
無(wú)論從設計參數還是現場(chǎng)測試結果來(lái)看，在焦化廢水處理工藝中，高效沉淀池都是可以選擇的。
4.結論
1.焦化廢水預處理很重要。厭氧池的作用不大，建議改造成預氧化池，氧化硫氰化物，減少對后續生化處理的毒性作用。預氧化池后設計初沉池，初沉池污泥回流更進(jìn)一步提高COD去除率。
2.缺氧池攪拌最重要，有無(wú)填料并不重要。硝化液（混合液）回流量靠缺氧池的溶解氧濃度控制。潛水攪拌器普遍攪拌不太均勻，建議對在役的缺氧池增加攪拌器。
3.好氧池維持比較高的溶解氧，比較高的污泥沉降比，保持高濃度的活性污泥，有利于去除氨氮，絕大部分的污染物氧化分解要在好氧池完成。
4.曝氣設備建議設計或者改造成旋流曝氣器，在線(xiàn)安裝在線(xiàn)檢修，節約風(fēng)量，方便運行控制。
5.沉淀池是生化處理的中心環(huán)節，混合液攜帶活性污泥要在二沉池完成固液分離，分離效果直接影響到污泥回流，二沉池的水力流態(tài)要重視。高效沉淀池可以有效完成混合液固液分離過(guò)程，穩定出水指標，保持污泥回流濃度。占地少，效率高，施工工期短，是焦化廢水處理工藝提標改造的一種選擇。
