焦化废水是煤干馏及煤气冷却中产生出来的废水和焦化生产过程中产生的废水(如煤气终冷水、粗笨分离水、焦油、粗笨等精制过程中及其它场合产生的废水，其成分复杂，含有大量的酚类、联苯、吡啶、吲哚和喹啉等有机污染物，还含有氰、无机氟离子和氨氮等有毒有害物质，污染物、色度高，对环境危害大。国内的焦化厂普遍采用生化法对经蒸氨、脱酚预处理的焦化废水进行处理，且80%以上采用普通生化法，常见的工艺有A/O、A2/O、OAO等。经过处理后，焦化废水可以用于湿法熄焦，不存在外排问题，一些焦化企业的污水处理不达标问题被掩盖。但随着国家环保形势的日益严峻，焦化废水的排放标准不断提高，全社会对焦化废水的处理越来越重视，另外随着国家倡导干法熄焦及节约水资源，原本焦化废水用于湿法熄焦，也变得不可实现。焦化废水没有出路，进行深度处理甚至“零排放”迫在眉睫。而焦化废水深度处理过程中采用何种预处理工艺，成为系统设计的关键技术，开发一种有效、稳定的预处理工艺直接关系到整个项目的稳定运行，从而节约能耗、降低成本。
1、焦化废水水质分析
通过调查国内几个焦化厂生化出水情况，总结分析如下表1。
而笔者也多次采集河北某焦化厂焦化废水生化出水进行分析，综合水质指标见表2。
从以上表格1、2数据可以看出，焦化废水成分复杂，含有大量难降解物质和有毒有害物质、通过传统生化工艺，有机物难以彻底去除、其中，通过曹臣等人在对焦化废水生化出水中COD的组成及类型做的详细分析，反映了生化出水中悬浮组分、胶体组分、溶解性COD的组成及比例，同时也说明了焦化废水深度处理的难度。另外，焦化废水出水色度往往很高，水质波动也比较大。而为了增强生化效果，生化系统中往往还需要添加1：1的稀释水，而稀释水质通常为循环外排水或者生活污水，这就造成生化出水中钙离子也比较高，另外根据原煤的性质，焦化废水中可能含有大量F离子。这些无机离子对生化系统影响较小，但对深度处理的影响较大。
综合分析：焦化废水生化出水COD含有难以生化的大分子、疏水性有机物、胶体等，这些对深度处理过程中反渗透膜产生严重污染，是深度处理中最难解决的问题。另外，焦化废水生化阶段为增加生化效果，一般采用循环水外排水作稀释，从而造成生化出水钙、F浓度高,这些无机离子在深度处理过程中容易形成CaSO4、CaF2结垢，严重影响深度处理浓缩倍数，而且钙与有机物的复合也会加速对膜的污染。
常规深度处理方案中如果没有根据该废水特点，采取有效的预处理工艺，要么无法克服膜污染的问题，反渗透系统清洗频率过高，膜使用寿命短，或者水的回收率没有办法做高，要么运行费用太高，设备投资大。(见图1)
2、预处理工艺
2.1 针对有机物堵膜采取的预处理工艺
2.1.1 针对有机物堵膜预处理思路
为了防止有机物堵膜，一般需要采用高级氧化法作为预处理，而采用高级氧化，往往有两种思路，第一种思路时，就是彻底去除废水中的有机物，而另外一种方法，只是对废水中的有机物进行“改性”，将一些容易堵反渗透膜的有机物通过某种方式改性，变成一些不易堵膜的小分子有机物，其中COD值并没有改变或者改变很小，而只是出于降低膜的污染风险。第一种方式，往往运行费用及投资都比较高，而且要彻底去除废水中有机物几乎不可能。而采用第二种方式，不仅投资低，而且运行成本也极低。笔者正是基于这种思路，经过大量的实验并结合多套工程案例，开发出了一套基于焦化废水深度处理预处理设备：LEM电化学设备。
2.1.2 LEM电化学设备原理
其原理为：系统通过电化学的氧化还原反应，改变水体中有机物的分子结构，LEM电化学系统整合氧化、吸附、絮凝、气浮、固液分离等多种预处理手段进行处理破坏，降低了后续反渗透堵膜的风险。
2.1.3 LEM电化学设备与其它预处理工艺比较
LEM电化学设备对焦化废水中的COD去除率达到25%~40%，通过电化学的方式对焦化废水中COD进行“改性破坏”，可以大大降低后续反渗透膜污堵的情况。而传统工艺采用投加絮凝剂的方式，需要增加絮凝剂配置装置，其投资高，絮凝剂捕捉面积小，去除COD能力有限，同时操作时絮凝剂中带入的杂质造成堵塞和泵的磨损,增加操作和维修成本，笔者将LEM电化学与其它除有机物预处理工艺进行对比如下表3。
2.1.4 LEM电化学设备的技术特点
相对于一般的物理、化学处理手段而言，开发的LEM电化学装置其优势在于
1)整合氧化、吸附、絮凝、气浮、固液分离等多种预处理手段，比传统分置式的工艺流程大大缩短，也极大节省了系统占地;
2)采用电源控制手段实现水体的污染控制，可根据水体中污染含量高低选取不同的电压、电流，操作灵活，水质适用范围广;
3)由电极所产生的氢氧化物絮凝活性强，吸附效率高;形成的絮体大而密实，不会发生回溶;
4)对处理水体的pH范围和碱度适应性广，宽容度大;
5)设备结构紧凑，操作自动化程度高;
6)产生污泥量少，固废处理费用低。
2.2 针对无机物堵膜采取的预处理工艺
2.2.1 防止无机物堵膜的必要性
焦化废水深度处理，必定关心系统的回收率，而进水中Ca2+、F离子都比较高，假设系统回收率做到90%，即10倍浓缩，浓缩水中Ca2+、F含量为原水中的10倍，再加上废水中含有SO42-，在深度处理过程中一定会形成CaSO4、CaF2结垢，而这两种垢一旦形成，对膜将是破坏性损伤，所以必须经过预处理去除。
2.2.2 防止无机物堵膜方法及原理
比较常见的除硬方法，主要包括双碱法、离子交换树脂法等，双碱法适合硬度比较高的废水，而离子交换树脂法，因吸附容量有限，以及水中其他离子干扰，甚至引起树脂中毒从而失去吸附能力，比较适合低硬度废水的除硬，而且离子交换树脂法，需要用盐或者酸、碱再生，再生水中含有大量的氯化钙，处理的难度比较大。与双碱法比较，离子交换树脂法，只是将硬度转移，而不是像双碱法一样形成CaCO3的固体。所以除硬，建议还是用“双碱法”，为此，笔者开发出一种针对焦化废水深度处理预处理除硬设备：ALS加速反应器。
其中工作原理：
2.2.3 ALS加速反应器的技术特点
ALS加速反应器的先进之处在于能包容较大范围、极大浓度的钙硬、总硬，还能去除水中的F、SiO2，并且能彻底消除后续反渗透的污堵，提高反渗透的回收率。
与传统的石灰软化器相比，ALS加速反应器通过巧妙的结构设计达到较高的上升流速，使反应器中能保持较高的晶种浓度，从而更有效、更充分地加速反应的进行，也减小了设备体积与占地。ALS加速反应器去除硬度的同时，能有效地使结晶发生在小具体表面，使晶体不断长大，不但利于沉降、压滤，而且能完全消除析出的小颗粒物因为堵住膜孔，造成不可逆的膜污堵，而这个正是其他深度处理膜工艺失败的主要原因。也就是说，ALS加速反应器作为深度处理的预处理，能够有效消除膜工艺的某些弊端。(见图2)
3、工程案例
该焦化企业位于河北石家庄，年产焦炭约100万吨，该厂生化系统原有O-A-O活性污泥法处理系统处理，该厂焦化废水及生活污水，外排水量约75m3/h。设计进水水质如表2，设计出水水质达到《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量标准》(GB/T12145-2016)的表2锅炉给水质量要求如表4。
3.1 工艺流程
整个系统回收率为90%。(见图3)
3.2 运行效果
该焦化废水深度处理系统采用LEM电化学装置、ALS加速反应器装置作为反渗透膜的预处理工艺，自2017年12月运行至今，膜系统运行稳定、清洗频率大于一个月，回用水指标合格。以下是LEM电化学装置、ALS加速反应器装置实际运行数据(表5、表6)。
3.3 整个项目效益分析
整个项目运行后，人工费：0.68元/t，电费：1.75元/t，药剂费：2.06元/t，直接运行总成本合计：4.49元/t。膜折旧及LEM电化学极板折旧：1.32元/t，整个系统总运行成本：5.81元/t，本地工业取水、排水价格合计约为7.65元/t，实现经济效益1.84元/t。较传统工艺，至少节约30%~50%的运行能耗。
4、结论与建议
文章主要是通过对焦化废水的水质进行分析，并分析了焦化废水深度处理中预处理工艺选择的主要注意事项及设计思路，通过结合实际工程案例，采用LEM电化学装置作为预处理工艺选择中避免有机物堵膜，采用ALS加速反应器作为预处理工艺选择中避免无机物堵膜。从而保证整个焦化废水深度处理系统运行稳定、投资低、能耗小。为焦化废水深度处理预处理推荐的工艺。(>
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