焦化廢水的處理及排放問題一直是困擾焦化廠設計、建設、運營管理的一大難題，尚未出現突破性的研究成果。該類廢水中污染物組成復雜，包括酚類、多環芳香族化合物及氮、氧、硫雜環化合物，是一類典型的含有難降解有機物的工業廢水。
去除焦化廢水中的有機物、氨氮可采用的方法主要有化學法、物理化學法和生物法，而生產實踐和多項技術經濟指標表明: 生物法是焦化廢水處理最經濟、有效、易操作的處理方法。其中以反硝化與硝化反應為主體的缺氧、好氧處理是行之有效的。目前國內焦化廢水處理工藝和研究主要采用A/O 工藝及其變形工藝諸如A/O/O 工藝或A2/O 工藝等。由于焦化產品不同，焦化廢水的水質有較大差異，即需選擇不同的生化處理工藝流程，其核心離不開A/O硝化反硝化處理工藝。但目前采用A/O 工藝處理焦化廢水主要面臨著生化處理出水很難達標的問題，主要原因有如下幾點：（1）好氧池進水CODCr較高，且含有生物抑制性有機物，抑制了硝化菌活性，硝化效果差，出水氨氮不達標；（2）進水氨氮濃度高，在缺氧段進水可生化降解的CODCr較低，且缺氧段水力停留時間過短，造成反硝化效果差，不能發揮缺氧反硝化和CODCr去除作用。
首鋼某焦化廠排放的焦化廢水中CODCr、氨氮、硫化物、氰化物和酚等有毒有害物質濃度較高，故在常規A/O 工藝前增加預曝氣池來降解有機物和有毒物質，即O1/A/O2工藝，其中第1 段好氧反應器去除CODCr和生物抑制性有機物為主，第2 段好氧反應器以去除氨氮為主。
1 焦化廢水來源及排放標準
1.1 廢水來源
焦化廠主要生產工藝為煤高溫干餾產生焦炭和煤氣，并從煤氣中回收焦油、苯、萘等化工產品。煉焦、煤氣凈化和化工產品精制過程中會產生剩余氨水和工藝廢水，剩余氨水經蒸氨處理后構成了焦化廢水的主要來源。
1.2 廢水水質及排放標準
焦化廢水的水質因煤氣凈化工藝的不同而差別很大。以首鋼某焦化廠為例，其廢水水質見表1，處理后出水應達到《污水綜合排放標準》（GB 8978—1996）二級標準。
表1 焦化廢水水質及排放標準
除pH、色度（倍）外，其他各項目單位均為mg/L。
2 O1/A/O2工藝的提出
當前焦化廢水生物處理主要采用A/O 工藝，它是在硝化—反硝化理論基礎上建立的，盡管在去除焦化廢水有機物、脫氮方面起到了積極的作用，但傳統A/O 工藝不能適應CODCr為6 000~9 500 mg/L 的高濃度工況，只有通過大量加入稀釋水的方法才能保證生化系統正常運行。所以O1/A/O2工藝較A/O工藝在高濃度焦化廢水處理上更有優勢:（1）通過預曝氣，廢水中高濃度有機物及其他有毒物質在預曝氣池中得以部分降解，從而為后續A 段反硝化和O2段硝化細菌提供良好的生存空間；同時經過預曝氣池后，部分難以好氧生物降解的有機物在缺氧池中開鏈、開環，使不可生物降解的有機物進一步降低，并通過缺氧反硝化作用進行脫氮。好氧池硝化細菌也處于最佳生態環境中，菌種活性特強，處理效果好。這樣就達到了去除焦化廢水有機物、脫氮的目的。（2）預曝氣池降解了部分有機物，系統耐沖擊負荷能力加大，同時減輕了后續工段的負擔，提高了系統對CODCr、NH3-N 的去除能力，同時達到控制污染物的目的。由于采用了前曝氣預處理、生物強化和控制較長污泥齡等措施，系統對CODCr去除效果穩定，且能耐較大的CODCr負荷和短期高濃度NH3-N 的沖擊，取得了較好的處理效果。
3 廢水處理工藝流程
3.1 工藝流程及主要設計參數
為確保處理后焦化廢水達到國家排放標準要求，按每個處理階段對各污染物的去除效率，在焦化廢水處理工藝設計中設置了預處理、生化處理、深度處理和泥處理4 部分。具體工藝流程和主要配置如圖1 和表2 所示。
表2 主要構筑物和工藝參數
3.2 預處理工藝
當廢水中含油質量濃度＞50 mg/L 時會嚴重影響生化處理效果，一方面由于活性污泥菌膠團表面黏附一定量的油，阻礙了微生物對氧的攝取，從而使污泥的生物活性和生化處理效果下降；另一方面，污泥表面黏附油后，整體密度減小，影響了活性污泥的沉降性能，易造成污泥流失。設置平流隔油池的目的在于去除水中的輕油和重油，平流隔油池水力停留時間為3 h。設置氣浮池的目的在于去除水中的乳化油，氣浮池停留時間為1.2 h。
3.3 生化處理工藝
根據生物脫氮原理〔10〕，采用O1/A/O2硝化反硝化生物脫氮處理工藝。對焦化廢水生物處理而言，水力停留時間不同，活性污泥的生物相組成和廢水能被去除的污染物也各不相同，通常好氧池去除酚類的水力停留時間在8 h 之內，去除氰化物和硫氰化物的水力停留時間在16 h 以上，水力停留時間超過24 h 則有可能開始氨的硝化，因此，要實現廢水去除有機物并生物脫氮，確定水力停留時間非常重要。由于焦化廢水含有大量難生物降解有機物和有毒有害物質，好氧生物降解速率和硝化速率相對于城市污水來說要低得多。因此，好氧池應采用較低的容積負荷和較長的水力停留時間，以保證出水水質。
為使生化入水水質均和、水量穩定，設置調節池，其停留時間31 h。預曝氣池為推流方式，采用微孔曝氣器的充氧方式，水力停留時間為16 h。缺氧池為豎流式，池內滿布固定生物填料，水力停留時間為20 h。好氧池為推流運行，采用微孔曝氣充氧方式，水力停留時間為56 h。為便于生產靈活調節，缺氧池、好氧池按三系列設計。
3.4 深度處理工藝
深度處理采用混凝沉淀工藝，進一步脫除生化處理難以降解的CODCr、懸浮物和色度等有害物質。生化出水進孔室隔板反應池，混凝劑聚合硫酸鐵與水中的非水溶物質作用形成絮體，同時投加助凝劑PAM 增強混凝效果。混凝反應池污水停留時間20 min，為保證最佳混凝效果，向反應池中投加NaOH 調節pH。之后廢水低流速進入兩座輻流式混凝沉淀池進行固液分離，混凝沉淀池表面負荷0.88 m3/（m2·h），停留時間為3.4 h。混凝沉淀池出水CODCr≤150 mg/L，色度≤70 倍。3.5 污泥處理工藝混凝沉淀污泥和剩余污泥等混合泥渣進入濃縮池濃縮，污泥含水率99%，停留時間12 h。濃縮后的泥漿再經2 臺廂式壓濾機脫水，污泥含水率75%。
4 工程運行結果與分析
本工程經過調試合格，正式投產一段時間后，各工序處理效果平均值見表3。
表3 各工序處理效果mg/L
由表3 可見，經過預處理工段，CODCr、酚、懸浮物等含量都有不同程度的降低，為后續生化處理創造了良好的條件。經過生化處理后CODCr、酚、氰等指標大幅降低。投加600~800 mg/L 聚合硫酸鐵、1~2 mg/L PAM 后，CODCr去除率可達50%左右，出水各項指標達到了二級排放標準要求。O1/A/O2工藝對CODCr及NH3-N 的去除效果如圖2、圖3 所示。
從圖2 可見，當生化池進水CODCr為3 500~5 800 mg/L 時，二沉池出水CODCr能保持在280 mg/L左右，O1/A/O2工藝對CODCr的平均去除率達到了93％以上。再經過混凝沉淀后，出水CODCr保持在150 mg/L 以下，出水達到了《污水綜合排放標準》二級排放標準要求。同時由表3 可以看出，預曝氣池對CODCr和酚降解起到了重要作用，去除率分別達到了70%和98%，為后續缺氧池和好氧池減輕了負荷，同時為使好氧池中硝化菌成為優勢菌創造了條件。從圖2 可以得出O1/A/O2工藝能夠耐沖擊負荷，即使進水CODCr偏高，也能對CODCr保持良好的去除效果。
由圖3 可以看出，當進水氨氮在36~285 mg/L之間波動時，O1/A/O2工藝對NH3-N 的平均去除率為89％，且出水NH3-N＜25 mg/L。分析其原因是由于O1/A/O2工藝中的預曝氣池去除了大量有機物，為硝化菌創造了最佳生存環境，同時在硝化區硝化菌對氨氮的降解時間較長，降解比較充分。具體參見http://www.bnynw.com更多相關技術文檔。
綜上可以得出O1/A/O2工藝的主導思想為分級處理。即先通過O1段對高濃度焦化廢水進行預處理，降解有機物和有毒物質，為后續A 段反硝化創造了良好條件。再通過O2段進行完全碳化和硝化，最后通過上清液回流在A 段中最大程度的反硝化，最終達到去除CODCr和NH3-N 的目的。分級處理的特點是:由于碳氧化菌的世代周期遠比硝化菌短，因此當有機物過剩時，菌落中碳氧化菌占優勢，并消耗了硝化菌生存所必需的氧，影響了硝化反應的進行；通過設置預曝氣池，使一部分抑制硝化菌的污染物得以碳化分解或去除，有利于硝化過程達到最佳狀態，當硝化液回流比R=3~5 時，O1/A/O2工藝的處理效果良好。CODCr、NH3-N 去除率高且穩定，CODCr、NH3-N 的去除率分別在95%和89%以上。
O1/A/O2工藝取得良好的污染物去除效果，主要是讓微生物在各自適宜的環境中得到優勢生長，充分發揮其活性并利用了優勢菌進行專性降解污染物的能力，使每個反應器盡可能地發揮作用，還利用了缺氧池生物填料降解能力強，處理效率高的特點，最終使出水達標排放。但是出水CODCr略高，未達到污水處理一級標準，還需進一步研究改進，以提高處理效果。同時應強化污染源頭的治理，完善化工生產工藝，控制生產工藝全過程，穩定生產廢水排水水質、水量，這是生化處理正常運行的前提。
5 結語
（1）采用以O1/A/O2硝化反硝化生物脫氮為核心的生物處理工藝處理高濃度焦化廢水，在經過預處理、生化處理和深度處理后，出水達到了《污水綜合排放標準》二級排放標準要求，部分指標達到了一級排放標準要求。
（2）采用平流隔油池和氣浮池預處理能夠有效去除水中的油，為后續生化處理創造了條件。
（3）O1/A/O2硝化反硝化生物脫氮處理工藝運行穩定，操作方便，耐沖擊負荷強。在進水CODCr3 500~5 800 mg/L，進水NH3-N 36~285 mg/L 時，系統對CODCr和NH3-N 去除率分別達95%、89%以上。
（4）O1/A/O2工藝中預曝氣池對CODCr和酚的去除率達到了70%、98%，有效降低了后續處理構筑物污泥負荷。
（5）采用聚合硫酸鐵絮凝劑和PAM 助凝劑，當投加量分別為600~800 mg/L、1~2 mg/L 時，CODCr去除率可達50%左右，且脫色效果好。（工業水處理）
