隨著我國焦炭產能的不斷擴大，焦油化工企業對焦油的深加工規模也在逐步增加，加工工藝正趨于完善，但產生的高濃度廢水如何處理，已經成為急需解決的重要問題。由于其廢水成分復雜，除了氨氮、硫氰酸根等無機污染物，還有酚類、萘、吡啶、喹啉等雜環及多環化合物，且氰化物、多環及雜環化合物很難被生物降解，加之高濃度氨氮對微生物活性有很強的抑制作用，導致廢水的可生化性較差〔1〕，因此結合該行業的企業個體水質情況，具有針對性地開發出經濟合理、高效實用的高濃度廢水處理方法，已經成為企業可持續發展中必須解決的重要難題。
1 企業廢水的水質特點及危害
1.1 廢水的水質情況
某企業主要從事焦炭生產、苯加氫及粗焦油加工，建有完整的污水處理系統和生化處理裝置，綜合生化處理前的水質要求為：COD≤3 500 mg/L、氨氮≤100 mg/L；廢水主要源自煤高溫干餾煤氣冷卻、粗苯分離、粗焦油加工和苯加氫等生產過程，10 t/h的廢水中有2 t/h是高濃度有機廢水，由于有機物含量嚴重超標，可生化性較差，需要經過單獨的處理，以降低COD和氨氮的含量，確保滿足綜合生化處理的水質要求。高濃度有機廢水的水質分析結果：COD 104 100 mg/L，NH3-N 19 000 mg/L，揮發酚2 600 mg/L，CN- 110 mg/L，硫化物110 mg/L，石油類 400 mg/L。
1.2 廢水的主要成分及危害
高濃度廢水的組成很復雜，其中所含氨氮污染物主要以無機銨鹽的形式存在，有機污染物中除了占80%多的酚類化合物以外，還含有脂肪族、雜環類和多環芳烴等化合物；此類廢水COD和氨氮的含量太高，其中難降解的物質較多，會對生化處理系統造成危害。
2 實驗方法及技術原理
2.1 實驗用主要試劑和儀器
硫酸汞（HgSO4）、重鉻酸鉀（K2Cr2O7）、六水合硫酸亞鐵銨〔（NH4）2Fe（SO4）2·6H2O〕等均為分析純（上�；瘜W試劑廠）；濃硫酸（H2SO4）、鹽酸（HCl）、2%穩定性二氧化氯溶液（鄭州化學試劑廠），自制催化劑。
UV-1750紫外分光光度計，日本島津；精密pH計，北京分析儀器廠；微波閉式COD TN TP消解儀，WXJ-Ⅲ/WMX-Ⅲ-B型，上海分析儀器廠；消解罐、蒸餾瓶、氨吸收瓶，天津玻璃儀器廠；UV光源，天津工業光源有限公司。
2.2 技術原理
工藝采用ClO2氧化與光催化相結合（ClO2/UV）方式，即在氧化消解塔中增加波長為0.01～0.38 mm的紫外燈作為催化光源，加入微量催化劑，通過ClO2進行氧化消解，實現了對氨氮和有機物的高效去除。由于ClO2的氧化能力遠遠高于次氯酸鈉和氯氣，特別是對苯環、酚類等具有不飽和鍵結構有機物的氧化消解效果最好〔2〕，所以該企業高濃度廢水處理選用ClO2/UV工藝方法，具有一舉兩得的效果：一是由于廢水中含有高濃度的無機氨氮采用氯折點法去除，這是脫氨氮工藝中常用的方法，尤其是排量較少的廢水脫氨氮有很多工藝無法實施，而ClO2脫氨氮則沒有限制性條件，只要達到合適的pH即可；二是ClO2氧化消解有機污染物比較徹底，對廢水的pH適應范圍比較廣泛，并且ClO2還能與絕大多數著色官能團反應，具有良好的脫色作用；另外增設催化光源和微量催化劑，處理效率較單獨使用ClO2有很大提高。
2.3 工藝流程
工藝流程如圖 1所示。
圖 1 工藝流程
2.4 工藝流程簡介
2.4.1 焦油處理
由于廢水焦油含量過高，必須進行除油預處理，以免造成蒸氨裝置堵塞。工藝選用隔油池、氣浮裝置將廢水中的輕重油以及浮渣，經油水分離器去除，處理后的污水流入廢水儲存池。
2.4.2 廢水儲池
由于高濃度有機廢水量較少（2 t/h），從實際情況考慮，采用間歇處理方式，以24 h為一個處理單元（即48 t），每天處理約5 h，廢水以10 t/h的量進入處理裝置。
2.4.3 蒸氨裝置
蒸氨工藝要求溫度在60~70 ℃左右，在廢水儲池內部安裝蒸汽盤管，由泵提升至蒸氨塔，進行蒸氨處理。蒸氨裝置采用焦油廢水處理廣泛采用的空氣吹脫法去除氨氮，該工藝具有處理裝置簡單，處理效果穩定，投資少和運行費較低等優點。
2.4.4 ClO2/UV多級氧化消解
經過蒸氨之后，廢水溫度在60~70 ℃左右，正好滿足氧化塔進水溫度50~60 ℃的要求，不需要添加蒸汽加熱裝置，當廢水流滿氧化反應塔后，啟動循環泵和ClO2發生器，水泵從塔內抽取廢水與ClO2混合后再送到塔內，塔內裝有陶瓷接觸介質，為有機物和ClO2提供反應接觸界面；此外，塔內增設的紫外催化光源，能提高COD和氨氮的去除率〔3〕；并可根據不同的水質情況設置多級氧化反應塔，使COD和氨氮的含量達到預期指標。
3 實驗結果與討論
3.1 實驗結果
用自制催化劑和穩定性ClO2溶液為氧化劑，對廢水進行氧化消解，同時引入紫外催化光源。實驗條件：取廢水250 mL，調節pH為2，在紫外燈照射下，投加35 mL 2%的ClO2溶液和3 g催化劑，隨著反應時間的延長，廢水中有機物和COD去除情況如圖 2所示。
圖 2 ClO2/UV工藝中廢水氧化消解程度隨反應時間的變化
用上述工藝方法對企業現場提取的高濃度廢水進行處理后，檢測結果如表 1所示。
由表 1可見，經過除油、蒸氨、氧化處理后，高濃度廢水中COD和氨氮含量大大降低，完全符合進入生化處理系統的水質要求。
3.2 分析討論
在ClO2 /UV工藝中，氧化消解反應前50 min內，隨著反應時間的增加，廢水消解程度明顯增加；當反應時間大于50 min時，廢水降解程度隨反應時間的增加緩慢增長，有機物和COD去除率均趨于穩定。
引入紫外催化光源，對氧化消解反應效果明顯，有機物和COD去除率都較ClO2單獨氧化廢水時有所提高，尤其是COD去除率，增加得更加明顯，這是因為紫外光的存在，反應相產生了較多的·OH，而·OH具有非常強的氧化性，使廢水中的有機物和COD更徹底的氧化消解，所以處理效果也更佳。具體參見http://www.bnynw.com更多相關技術文檔。
4 結論
采用預處理和ClO2 /UV多級氧化消解相結合的工藝方法，可有效降低焦油化工企業產生的高濃度廢水中COD和氨氮含量，使其達到進入生化處理系統的水質要求。
該工藝選擇的廢水預處理方法使氧化消解反應中的ClO2實際用量大幅減少，運行費用較常規ClO2氧化工藝明顯降低。
針對企業個體的廢水水質特性，選擇多種廢水處理方法的組合工藝技術，可以有效地處理焦油加工過程中產生的高濃度廢水。
