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摘要：焦化废水是在炼焦、煤气高温干馏等生产过程中产生的高浓度、难降解的有机废水。其成分极其复杂，污染物浓度高，而且色度高，水质变化波动大，毒性强。当前，焦化废水处理技术主要有好氧生物处理技术、活性炭吸附技术及芬顿氧化处理技术等，但均存在一些问题，不能满足日益增长的环保需求。本文综述了焦化废水处理技术现状，展望了其未来发展方向。
焦化行业是我国经济体系中重要的一环。随着我国环保政策的日益趋严，焦化行业面临的挑战越来越大，尤其焦化废水污染严重，成分复杂，含有大量难生物降解物质，所以处理难度大，是焦化行业发展的巨大阻碍。传统的污水处理技术主要采取物理预处理和生物处理，而单一工艺已经满足不了日益提高的环保要求。因此，我国积极研究和探索新型、科学、有效的焦化废水处理技术，在大量的研究和实践中取得了一定成效，并逐步将其应用在实践中。
1焦化废水的特点及危害
焦化企业的主要生产过程是先对煤进行洗选，然后将含水约10%的炼焦煤粉碎到规定的目数，随后将其从焦炉顶部送入碳化室，经过高温干馏，最后生产出焦炭[1]。焦化废水是来自各个工艺段的混合污水，成分复杂多变，毒性大，含有较多的难生物降解物质，如酚、氰、脂肪类化合物、杂环化合物以及多环化合物等。除了有机物之外，还有大量无机成分，如硫化物、氰化物、氨氮等。焦化废水中，酚类化合物是原型毒物，对一切生物均具有一定的毒害作用，能够使生物的细胞失去活力，凝固蛋白质。多环和杂环化合物中，很多具有致癌和致突变作用，长时间接触煤焦油、沥青等物质的人患有皮癌、唇癌以及肺癌的概率高。焦化废水如不进行有效的处理和控制，大量有机物将进入水体中，消耗水中的溶解氧，危害水生生物；高浓度的氨氮能够造成水体富营养化，使得水体出现恶臭、水质下降，导致鱼类等生物窒息死亡。
2焦化废水深度处理技术现状
2.1生物处理技术。生物处理技术是利用微生物的氧化分解能力降解废水中有机物的方法，在焦化废水处理中常作为废水的二级处理技术。目前，主要的生物处理技术有好氧生物处理、厌氧生物处理以及二者的组合工艺。好氧生物处理技术在焦化废水处理中应用较为广泛，它具有处理水大量、运行费用低、去污范围广等优点，是我国最早应用于焦化废水处理的技术。好氧生物处理技术大多利用具有吸附性能的物质联合应用，例如，在其曝气反应池中投加活性炭粉末等，利用活性炭粉末对有机物和溶解氧的吸附作用，以保证微生物具有良好的生存条件，进而加速对有机物的氧化分解。厌氧生物处理技术具有低能耗、低污泥量等优点，得到我国研究者的重视。该技术尤其对酚类物质具有良好的去除效果。有研究者利用UASB处理焦化废水，在进水COD浓度超过2000mg/L，pH6.0～7.6，温度30～35℃，COD负荷10～15kg/（m3·d），停留时间3～12h的条件下，其COD的去除率可达80%～85%。还有研究者利用厌氧活性炭膨胀床等厌氧处理技术处理焦化废水，均取得了良好的效果。好氧、厌氧生物处理技术具有各自的优势，但其还存在一些缺陷，因此，厌氧-好氧结合的技术应用而生。好氧微生物具有大量的自由能，可以同时适应多种机制。厌氧微生物降解是一个由相应微生物参与的串联反应，完成厌氧降解处理需要多种微生物的协同作用，因此，厌氧技术更适用于预处理。单独的好氧技术或者厌氧技术均不能达到令人满意的结果，厌氧、好氧技术的结合发挥了各自的优势，克服了一些自身的缺点，使得焦化废水处理效果得到显著提高，使得出水中COD和氨氮均处于较低的水平，目前，该技术也是国内外焦化废水处理技术的主流。
2.2化学处理技术。污水的化学处理技术是利用化学氧化方法对污染物进行降解，进而达到净化水的目的。在焦化废水处理中，应用最多的是高级氧化技术，其利用具有强氧化性能的羟基自由基来氧化污水中的有机污染物，将其降解为二氧化碳和水。此外，还有光催化氧化、电化学氧化、湿式氧化等。2.2.1电化学氧化技术。电化学水处理技术是污水中污染物在电极上发生直接的电化学反应或者由电极产生具有强氧化活性的物质对污染物进行氧化分解。电化学氧化技术具有氧化能力强、工艺简单、不产生二次污染等优点，在废水处理中有着广泛的应用。有研究者采用该技术处理焦化废水，以PbO2/Ti作为电极，结果表明，电解反应2h后，COD可以从2143mg/L降解到226mg/L，同时大部分氨氮被去除；研究还发现，反应中电解材料、氯化物浓度、pH值等因素对COD和氨氮的去除率均有一定的影响[2]。2.2.2催化湿式氧化技术。催化湿式氧化技术是在高温、高压的条件下，借助催化剂的作用，空气中的氧气溶于水，将悬浮在水中的有机物氧化，最终转化为氮气和CO2等无害物质。湿式催化氧化技术具有氧化速度快、二次污染低、适用范围广等优点。我国已应用该技术对焦化废水处理进行了相关研究。有研究者利用超声空化技术对焦化废水进行预处理，然后利用湿式氧化技术对预处理后的废水进行处理，结果发现COD的去除率可达95.7%[3]。但该技术还存在一些缺陷，如催化剂价格比较昂贵、处理成本高、运行条件严格等，限制了其实际应用。2.2.3臭氧氧化法。臭氧常作为污水的消毒剂来使用，其具有强氧化性，能和污水中的大多数有机物反应，对污水中的酚、氰等物质去除效果较好，此外，还能进行脱色、除臭等。臭氧氧化法污染物去除速度快，多余的臭氧很快会分解为氧气，无二次污染，而且操作简单。但是，其存在投资高、能耗高等缺点，在实际污水处理中应用较少。
2.3物理处理技术。2.3.1吸附法。吸附法是利用吸附剂去除污染物的方法，常用的吸附剂为活性炭。活性炭是一种非极性吸附剂，具有良好的吸附性能和稳定的化学性质，能够耐强酸、强碱，不易破碎。目前，活性炭是废水处理中普遍采用的吸附剂，在焦化废水处理中具有良好的效果，通常作为废水处理的二级或末端处理工艺。经活性炭处理，焦化废水的出水色度、酚及氰化物均能满足当前污水排放标准。但是，活性炭再生难度大，装置运行费用高，该技术在焦化废水的处理中应用较少。2.3.2离子交换法。离子交换法是利用离子交换剂将废水中的离子进行交换而去除有害离子的技术。该技术去除率高、设备简单，而且易于操作，缺点是预处理要求较高。离子交换技术适用于处理含氰化物较低的焦化废水，效果较好。其在处理高浓度含氰焦化废水时会析出具有高毒性的氰化氢气体，破坏交换树脂。因此，其适用于焦化废水处理系统的末级处理，不适合二级处理。
3焦化废水处理技术进展
焦化废水在国内外一直是污水处理领域的难题，一直没有出现突破性的进展。焦化废水污染物成分复杂，而且不同企业、不同时段的污染物浓度差别较大，其中大量的污染物属于难生物降解物质，对处理工艺的稳定性有着极高的要求。目前，降解焦化废水中的COD和氨氮主要技术还是生物法，以普通的活性污泥法为主，其对酚类物质有良好的处理效果，对难生物降解物质和氨氮的处理效果较差，难以达标排放。当前，我国焦化废水处理的主要问题是：小型焦化厂污水处理设施不全，资金投入不够；处理后的污水很难实现达标排放，部分企业利用循环冷却水和生活污水对其进行稀释排放；企业缺乏稳定经济的处理技术，往往投入大量资金，其处理效果也未能满足当地的环保要求；在处理过程中容易造成二次污染。随着我国对环境保护的重视，企业污水处理厂和城市生活污水处理厂的排放要求不断提高。近年来，很多新技术先后应用于焦化废水处理中，但均存在一些缺陷。利用多种技术组合联合工艺对其进行处理，有着良好的效果，也是今后发展的重要方向，尤其是以高级氧化技术为基础的组合工艺具有广阔的应用前景。芬顿试剂具有强氧化作用，对去除有机物具有显著的优势。此外，氧化试剂还有过氧化氢、羟基自由基等。有研究者利用“氧化预处理+MBBR+磁混凝”深度处理工艺对焦化废水进行处理，首先通过氧化预处理来提高焦化废水可生化性，然后送入MBBR再次进行生化处理，最后排入絮凝池，同时加入PFS及磁粉，利用磁混凝技术将其进行沉淀去除。结果表明，该工艺在2000m3/d规模的焦化废水深度处理示范工程中运行稳定，COD出水浓度可保持在60～80mg/L，TN浓度可保持在10.8～11.3mg/L，TP的排放浓度介于0.20～0.23mg/L，悬浮物浓度介于6～7mg/L，出水水质均满足新的排放标准要求。有研究利用（磁）混凝-臭氧催化氧化法的组合工艺对焦化废水进行处理，该技术结合了催化氧化和混凝作用两者的优势，即通过混凝沉淀提高出水水质，再利用臭氧与催化剂协同作用产生的强氧化自由基来加快废水中污染物的氧化。此外，还有多种组合工艺不断应用于焦化废水处理中，如磁混凝+臭氧催化氧化+UF+RO组合工艺，该工艺主要是对生化处理后的高含盐焦化废水进行处理，其出水水质能够达到回用要求。焦化废水治理技术受多种条件的制约，因此，针对焦化废水的特点，因地制宜地选择适合的工艺，才能更好地实现其达标排放或者回用的目的。
4结语
焦化废水污染浓度高、成分复杂，而且毒性高，因此其处理难度比较大。焦化废水处理的主要限制因素是处理效果、投资以及是否造成二次污染。当前的技术单独使用均不能满足其要求，人们需要在实践过程中不断尝试、积累经验，结合焦化废水的特点进行组合工艺研究。近些年，焦化废水处理技术有了较快的发展，人们在传统方法的基础上研究出很多新型工艺，但焦化废水处理技术还具有广阔的发展空间。随着我国经济的快速发展，环境质量要求不断提升，未来，人们要持续研发投资少、运行费用低、处理效果好的焦化废水处理新工艺。
参考文献
1丁凯扬，洪波，秦一晔.焦化废水深度处理技术研究综述[J].广州化工，2018，46（21）：41-44.
2谢海深，孙风江，张嘉欣，等.低温超导磁分离技术在深度处理焦化废水的研究与应用[J].工程建设，2018，50（12）：65-69.
3何灿，刘鲤粽，何文丽.臭氧催化氧化深度处理焦化废水的试验研究[J].洁净煤技术，2016，22（5）：53-58.
作者:裴坤 李书卷 许征宇 单位:中国科学院等离子体物理研究所 合肥科聚高技术有限责任公司 无锡金鹏环保科技有限公司