焦化廢水是一種典型的有毒難降解有機廢水，主要來自煉焦和煤氣凈化過程及化工產品的精制過程，其中以蒸氦過程中產生的剩余氨水為主要來源。蒸氨廢水是混合剩余氨水蒸餾后所排出的廢水。剩余氨水是焦化廠最重要的酚氰廢水源，是含氨的高濃度酚水，由冷凝鼓風工段循環氨水泵排出，送往剩余氨水貯槽。剩余氨水主要由三部分組成：裝爐煤表面的濕存水、裝爐煤干餾產生的化合水和添加入吸煤氣管道和集氣管循環氧水泵內的含油工藝廢水。剩余氨水總量可按裝爐煤14%計。剩余氨水在貯槽中與其它生產裝置送來的工藝廢水混合后，稱為混合剩余氨水。混合剩余氨水的去向，有的是直接蒸氨，有的是先脫酚后蒸氨，有的是與富氨水合在一起蒸氨，還有的是與脫硫富液一起脫酸蒸氨，脫酸蒸氨前要進行過濾除油。焦化廠還含一些其它廢水，其所占比例不大，污染指標也較低。綜上，焦化廢水中主要由氨氮、氰化物、硫化物等無機物和酚類化合物、芳烴類化合物、苯類等有機物組成，其中的多環芳烴不但難以降解，而且通常還是強致癌物質，對環境造成嚴重污染的同時也直接威脅到人類健康。
唐山某焦化廠生產規模100萬噸/年，焦化廢水處理設施建于2007年，主體工藝采用“A2O+混凝沉淀”，產水主要回用于熄焦。從工藝設計上，存在生化停留時間短、二沉池表面負荷大等問題，排水超標等問題時有發生。在“十三五”新的環保政策要求下，企業擬對現有“年久失修，功能老化”的焦化廢水處理設施進行升級改造，充分發揮處理功能，同時出水進入后續深度處理站制備生產新水，使企業走上技術化、集約型、高效益的可持續發展之路。
1、工程概況
1.1 進出水條件
焦化廢水處理站進水主要為廠區蒸氨廢水、煤氣凈化及焦化產品制備產生的廢水。目前，廠區干熄焦改造已完畢，焦化廢水處理站產水主要用于后續深度處理站除鹽水制備(UF+NF+RO工藝)，焦化廢水處理站進出水設計條件見表1。
1.2 原工藝流程
原設計工藝流程分為預處理、生化處理、后混凝沉淀處理、生物過濾處理及污泥處理，工藝流程見圖1。
2、焦化廢水處理站問題分析及改造方案
2.1 生化系統問題分析與改造
2.1.1 AO生化系統池容擴建
原構筑物缺氧池有效容積為2088m3，好氧池有有效容積為3744m3，按原設計水量100m3/h計算，缺氧池停留時間20.88h，好氧池停留時間37.44h。根據常規設計經驗，焦化廢水缺氧池停留時間超過28h，好氧池停留時間超過48h。AO池容積不足是導致生化出水COD及氨氮高的主要原因。經現場調研，發現原AO系統周圍已無可利用的空地，且緊靠AO池的上部有封閉輸煤通道，通過新建水池或增加水池高度的方法增大AO系統容積難度較大，只能通過挖掘原有系統的潛能替代。
2.1.2 厭氧池改為預曝氣池
在焦化廢水處理中，厭氧池對污染物去除的作用不大，可利用這部分容積改造為預曝氣池，降低進入AO系統的COD濃度。此改造需增加池底HDPE穿孔曝氣管以及相應鼓風機。
2.1.3 好氧池由普通活性污泥法改為MBBR池
通過增加好氧池污泥量達到間接擴容的目的，MBBR的污泥量為普通活性污泥法的2~3倍，在同樣的污泥負荷下，MBBR能去除更多的有機物，且MBBR能固定硝化菌，保持系統足夠的污泥齡，提高系統對氨氮的去除率。此改造曝氣裝置需由原來的微孔曝氣改為HDPE穿孔管曝氣，由于穿孔管曝氣氧的利用率不到微孔曝氣的一半，需增加2臺鼓風機。
MBBR有幾種不同的布置方式，有整個好氧池均勻填充，有分段設填料。均勻填充的好處是布置簡單，池底曝氣管均一布置，缺點是針對性不強，比較適合低濃度尾水處理。且對于改造工程，為保證填料不堆積，篩網需求量比較大。另外一種布置方式為分段布置，在好氧池前端和后端設置MBBR，中間還是以活性污泥法為主，前段MBBR以COD去除為主，能降解苯系及雜環化合物的細菌成為優勢菌種。后段MBBR以硝化為主，硝化菌成為優勢菌種。
2.2 二沉池系統問題分析與改造
原設計采用的是硝化液回流，所有硝化液回流都經過二沉池，采用300%的回流率，導致二沉池表面負荷高達1.3m3/m2·h，停留時間僅為1.5h(根據焦化廢水超濾工程設計規范，焦化廢水二沉池表面負荷<1.0m3/m2·h，停留時間>2.5h)。導致二沉池停留時間短導致沉淀效果差，出水COD及懸浮物濃度高。
經分析，二沉池表面負荷大的原因在于硝化液從二沉池后回流，如果改為好氧池混合液回流，二沉池負荷會顯著減少。此改造需增加好氧池混合液回流泵，混合液回流至缺氧池前端，混合液回流的污泥會附在原有缺氧池填料上，導致好氧池污泥流失，因此應拆除缺氧池填料，增加缺氧池攪拌機，因此項改造工程主要技術參數見表2：
2.3 事故儲存系統問題分析與改造
蒸氨廢水受蒸氨工藝影響，水質波動大，COD大部分在3000~5000mg/L之間，有時高達7000mg/L，pH值高達12以上，且原系統無事故池，蒸蒸氨廢水直接沖擊生化系統，導致生化系統細菌全部死亡年沖擊兩三次，基本全年都都處于培養細菌的狀態，生化系統不能正常運轉。
從近兩年的現場運行數據可以看出，蒸氨水COD波動大，但含油量比較小，在50mg/L以下，僅需氣浮池一套即可滿足要求，占地龐大的重力除油池及附屬的重油、輕油分離設施長期閑置。可利用這部分占地新建事技池一座，在蒸氨廢水進水管上設在線監測，一旦出現異常，切換至事故池，確保AO系統不受到沖擊。由于原氣浮裝置長期閑置，設備損壞，新建氣浮池一套，放置于事故池上。
2.4 污泥處理系統問題分析與改造
原焦化廢水處理站污泥處理系統主要有污泥濃縮池、污泥儲池、板框壓濾機。生化污泥量約為1000kgDS/天，后混凝化學污泥量視加藥量而定，約為500~920kgDS/天，兩種污泥均進入濃縮池，濃縮池1座，直徑6.3m，有效深度2.2m，停留時間不足4h，而常規設計濃縮池停留時間要≥12h，現有濃縮池停留時間遠遠不夠，導致污泥含水率高，壓濾機處理負荷大。現有污泥脫水機選用的是500mm寬的帶式脫水機，按總處理泥量1920kgDS/天計算，500mm的帶寬不能滿足要求。
鑒于污泥濃縮池容積不足，停留時間短而導致的的污泥含水率增加，新增帶預濃縮功能的帶式壓濾機，減少進入污混壓濾機的含水率，達到穩定處理的效果。將壓濾機帶寬調整為1000mm，同時按此參數配套新的沖洗泵及閥門管道。
3、工藝特點
結合焦化廢水的特點，本工藝在總圖布置方面，充分利用現有條件，因地制宜，少占用地同時保證使新建設施與周圍環境協調一致，不影響環境美觀;選用的設備自動化水平比較高，易于工人操作管理，減輕勞動量。升級改造后廢水處理工藝流程見圖2。
4、運行效果
本工程調試完成并投產后，經進出水水質情況的監測，各項指標平均結果顯示，系統運行狀況良好，產水水質穩定可靠，系統運行結果如圖3~5所示。
4.1 COD去除效果
前段設置的MBBR以COD去除為主，通過增加好氧池污泥量，到達間接擴容的目的，MBBR的污泥量為普通活性污泥法的2~3倍，在同樣污泥負荷下，MBBR能去除更多的有機物，達到降低COD的目的。由圖3可以看出，系統進水COD平均值為3137.4mg/L，產水COD平均值為93.36mg/L，平均去除率為96.94%，達到設計預期。
4.2 氨氮的去除情況
NH3-N作為焦化酚氰廢水中重要污染物之一，其處理效果直接影響出水效果。后段MBBR以硝化為主，硝化菌成為優勢菌種。通過MBBR對硝化菌的固定作用，使系統保持了足夠的污泥齡，提高系統對氨氮的去除率。由圖4可以看出，系統進水氨氮平均值為90.9mg/L，產水氨氮平均值為1.47mg/L，平均去除率為96.83%，氨氮脫除效果明顯。
4.3 氰化物去除情況
氰化物同樣是焦化廢水常見污染物，具有較強的生物毒性，作為重點關注的水質指標之一。由圖5可以看出，系統進水氰化物平均值為8.36mg/L，產水氰化物平均值為0.01mg/L，平均去除率為99.98%，氰化物幾乎全部去除。
5、經濟指標
據測算，本次升級改造工程總投資約1200萬元，改造后噸水運行成本(含折舊)約6.52元。
6、結語
(1)本工程在對原有設施充分調研分析的基礎上，結合廠區實際情況，采用“氣浮+預曝氣+缺氧+MBBR好氧+混凝沉淀”為核心的升級改造工藝。通過實際運行表明，改造后處理系統效率和穩定性得到顯著提升，系統出水滿足廠區深度膜處理要求，具有較強的環保效益、社會效益和工程示范性。
(2)改造后的生化系統對COD、氨氮和氰化物的去除率平均分別為96.94%、96.74%和96.74%，出水指標滿足回用指標，系統長期運行效果穩定。
(3)本次升級改造工程總投資約1200萬元，改造后噸水運行成本(含折舊)約6.52元。(來源：中冶京誠工程技術有限公司)
