生物脫氮技術在我國焦化廢水處理中的應用與研究
焦化廢水是一種典型的難降解有機廢水，主要是在煤高溫煉焦、煤氣凈化、產品回收及焦油、粗苯精制過程中產生的工業廢水[1]。焦化廢水水量大，水質復雜，含有焦油、苯、酚、氰化物、氨氮、硫化物等污染物，是典型的有毒、有害的工業廢水。以前，我國有相當比例的焦化廠采用傳統的活性污泥法處理焦化廢水，這種方法是讓生物絮凝體及活性污泥與廢水中的有機物充分接觸；溶解性的有機物被細胞所吸收和吸附，并最終氧化為最終產物（主要是CO2）。非溶解性有機物先被轉化為溶解性有機物，然后被代謝和利用。但是采用該方法，出水中的酚、氰、BOD5 基本達標，而CODCr、NH3－N 等污染物指標均難于達標，特別是對NH3－N 污染物，幾乎沒有降解作用。過量CODCr 和NH3－N 超標排放對人類、水產、農作物都構成了很大危害。
近年來我國焦化行業隨著鋼鐵生產的快速增長取得了長足發展。2006 年國家發改委產業政策司副司長侯世國表示，今后3 年焦炭生產能力將保持在3億t 左右。我國在躍居世界焦炭第一生產大國的同時，焦化廢水的超標排放也對環境造成了嚴重的污染。如何加快焦化污水的治理力度，推進清潔生產的步伐，已成為焦化行業當前極為緊迫的任務。
1 我國焦化廢水脫氮治理現狀
近年來國家對焦化行業出臺一系列相關法規，制定相關的清潔生產標準，加大環保治理的力度，提高了資源的利用率，使焦化廢水污染的狀況有所改變，污染基本得到控制。2005 年國家發改委根據“焦化行業準入條件”的要求，對國內焦化生產企業進行了檢查考核，達到清潔生產二級以上標準的焦化企業有94 家，占國內焦化企業總數的24%。另據業內人士估計，2005 年我國焦化行業只有不足35%的焦化企業裝有脫氮功能的污水處理裝置，不少焦化企業廢水排放量已超過該地區河段的承載能力，河流污染和生態遭到破壞的同時，也給企業帶來了極大的生存壓力。
鑒于焦化廢水處理技術的缺陷及廢水處理成本較高的實際，不少焦化企業的廢水凈化裝置時開時停，那些年產量低于50 萬t 規模的焦化廠家，根本沒有廢水處理設施，更加劇了環境質量的惡化。老焦化企業焦化廢水治理僅使用普通的生物脫酚技術，排放的廢水，CODCr 和NH3－N 根本未得到處理。隨著焦爐裝備水平的提高，一些老焦化企業擴建改建焦爐，由于受總圖布置及工藝條件的限制，廢水處理設施不能同步配套實施，這就使得廢水污染總量隨著焦炭產量的增產而增加。
國家“十一五”環境保護規劃強調實施更加嚴格的污染物排放總量控制政策，把防治污染作為今后的主要工作之一，并強調提出，到2010 年焦化污水處理達標率達100%，焦化生產工業水重復利用率≥95%。“煉焦工業污染物排放標準”也明確規定，到2009 年1 月1 日，煉焦企業的水污染物最高允許排放濃度，COD≤100 mg/L、NH3－N≤15 mg/L。而目前80%以上的焦化企業廢水排放值大大超過這一指標。
針對這種狀況，近年來，人們從微生物、反應器及工藝流程幾方面著手，研究開發了生物強化技術：生物流化床，固定化生物處理技術及生物脫氮技術等。
這些技術的發展使得大多數有機物質實現了生物降解處理，出水水質得到了很大改善，使得生物處理技術成為一項很有發展前景的廢水處理技術。本文僅對焦化廢水脫氮卓有成效的方法——生物脫氮技術進行介紹。
2 生物脫氮技術及其應用
焦化廢水處理的主要目的是去除廢水中的CODCr和NH3－N，生物脫氮技術是較經濟、實效、無污染轉移、易操作掌握的典型工藝技術。它是利用微生物的生物化學作用，將廢水中的氨氮經硝化和反硝化反應，轉變成無害的氮氣而除去。生物脫氮的機理是廢水中的氨氮在好氧的條件下，首先被氧化為亞硝酸鹽和硝酸鹽，此過程被稱為硝化反應，然后在缺氧的條件下被反硝化菌還原為氮氣，實現總氮的脫除，這個過程稱為反硝化反應。
目前用于焦化廢水生物脫氮的工藝主要有缺氧－好氧（A/O）法、厭氧－缺氧－好氧（A-A/O）法和SBR 法等，另外A/O-O 法也是A/O 工藝的延伸,同屬于以缺氧－好氧為基本流程的生物脫氮工藝。
2. 1 A/ O法
A/O 工藝流程是廢水首先進入缺氧池，然后進入好氧池，沉淀池上層清液部分回流至缺氧池，污泥則回流至好氧池。在好氧池中，發生硝化反應，氨氮被氧化為亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮，在缺氧池中，回水中的硝態氮與原水中的有機碳發生反硝化反應，硝態氮被還原為氮氣而逸出，實現總氮的脫除和CODCr 的降解。劉柒變［2］等通過對A/O 法處理焦化廢水中氨氮的工藝及影響因素的研究，認為控制較高的pH 值，較長的污泥齡及C/N＞2.86 等參數，有利于提高脫氮效率。另外，溫度和回流比也是重要的影響因素。
合肥鋼鐵集團公司焦化廠、安陽鋼鐵公司焦化廠、昆明焦化制氣廠采用A/O（缺氧/ 好氧）法生物脫氮工藝，運行結果表明該工藝運行穩定可靠，廢水處理效果良好，但是處理設施規模大，投資費用高。上海寶鋼焦化廠將原有的A/O 生物脫氮工藝改為A/O-O工藝，污水處理效果優于A/O 工藝，運行成本有所降低，效果明顯。山西某焦化廠采用A/O 法為主的工藝處理焦化廢水，經過污泥的培養、馴化、調試運行，外排水中的主要污染物指標達到了《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）中的一級標準，CODCr 和NH3－N 去除率達90%－96%。
2. 2 A-A/ O法
該工藝特點在于在一般缺氧/ 好氧工藝的基礎上增加厭氧工段。在厭氧段，廢水中難以降解的有機物開環變為鏈狀化合物，鏈長的化合物開鏈為鏈短的化合物。這些有機物進入缺氧段就能成為可利用的碳源，因而處理效果較A/O 法好，且勿需投加碳源，氨氮去除率大于60%，但厭氧段的操作條件較難控制。楊平[3]對攀鋼焦化廢水進行了A-A/O 法生物脫氮中試研究，試驗表明，流化床生物脫氮A-A/O 法工藝處理焦化廢水氨氮具有較好的效果，進水氨氮平均470 mg/L,出水平均10.33 mg/L,達到了一級排放標準。
3 焦化廢水脫氮技術的優化工藝
焦化廢水的排放破壞了生態環境，造成了巨大的經濟損失，給焦化企業的生存和社會環境帶來了巨大壓力。焦化廢水作為一種典型的含有難降解有機物工業廢水，其治理技術與工藝改進已成為業內熱點課題。針對現有A/O 脫氮工藝的缺陷，優化并開發新型脫氮工藝勢在必行。
3. 1 A/ O-O工藝
目前國內生物脫氮技術存在的共性難題主要是細菌成活率較低，處理規模偏小，脫氮效率不穩定，凈化效果較差。近10 余年來，我國多家焦化企業在應用A/O 工藝的基礎上，對生物脫氮技術進行優化為A/O-O 工藝，該工藝的特點是可以適當地控制第一好氧段（O1）的溶解氧的量,該段沒能完全氧化的氨氮及COD 保證在第二好氧段（O2）進一步氧化,不但提高了對廢水中污染因子的降解能力,而且還降低了運行成本。
3. 2 SBR工藝
A/O 法雖然處理效果好，但工程投資大、運行費用高。SBR 工藝是一種間歇運行的活性污泥法廢水處理工藝，是對A/O 法的改進，它在同一反應器內，通過程序化控制充水、曝氣反應、沉淀、排水、排泥等5 個階段，順序完成缺氧、厭氧和好氧過程，實現對廢水的生化處理。實踐證明SBR 生物脫氮工藝是一種新的、不需要外加碳源的脫氮方法，具有操作靈活、能適應多種處理要求的新工藝。為提高焦化廢水的可生化性，先通過缺氧反應，再進入SBR 反應系統，從而形成了缺氧-SBR 法。SBR 工藝用于生物脫氮時，可獲得比常規活性污泥法好得多的效果。羅建中［4］等對此方法進行了研究，試驗結果表明：先對焦化廢水進行曝氣吹脫，10 h 氨氮去除率達73.7%；用缺氧-SBR 工藝處理焦化廢水，進水質量濃度COD 1 474 mg/L ，NH3－N 826.8 mg/L 時，缺氧SBR 10 h ，曝氣SBR 10 h，沉降2 h ，出水COD 186 mg/L，NH3－N 290.25 mg/L ，去除率分別達到88%和65% 。
4 結語
焦化生產過程中產生的廢水，給環境帶來持久性有機污染物的危害已經出現，加劇了我國環境形勢的嚴峻性，焦化廢水脫氮治理的這一世界性環保難題，我國目前采用的A/O 法，技術手段尚有局限，必須優化其工藝路線并開發新的污水凈化技術，實現焦化廢水處理的高效化、大型化和實用化。焦化企業要嚴格執行環境保護的基本國策，加大廢水治理力度，促進經濟與環境的協調發展，創建節約型“清潔型”循環發展型的焦化企業。
[參考文獻]
[1]曾高. A-A/O 法在焦化廢水處理上的應用[J]. 湖南冶金，2003，31（3）：39.
[2]劉柒變，等. A/O 生物法脫除焦化廢水中氨氮的工藝及影響因素[J]，煤化工.2004，（3）：52-57.
[3]楊平，生物流化床A-A/O 工藝處理焦化廢水中試研究[J].化工學報，2002，53（10）：1 085-1 088.
[4]羅建中，等. 缺氧-SBR 工藝處理焦化廢水[J].城市環境與城市生態，2001，14（4）：58-62.
[作者簡介]周長麗（1967-），女，碩士，副教授，從事化工和環境多個有關專業的教學工作。
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