淺談鋼鐵企業焦化廢水零排放措施

李 歡

（中車環境科技有限公司 北京 100070）

引言

焦化行業是重污染行業，伴隨焦炭生產會產生大量廢氣、廢水和廢渣。其中，焦化廢水是一類成分復雜且毒性大、污染物濃度高且難降解、水量大且水質波動大的典型難處理工業廢水，是焦化廠末端治理的重點對象。隨著當前國家淘汰落后產能步伐的跟進，焦化行業大力推行清潔生產和循環經濟，不斷探索“綠色焦化、生態焦化”之路。然而焦化廢水處理工藝的復雜性和高昂的運行成本，使得焦化廢水的合理處置成為焦化行業和環保的領域共同研究和解決的難題之一。節水減排、節能降耗，實現廢水回用乃至零排放，既是我國環保整體目標，更是焦化工業在其治污環保和可持續發展過程中擔負的重要責任和任務。

1 焦化生產過程廢水產排情況

焦化生產用水系統復雜，廢水產生點多。焦化廢水是焦化廠在備煤、煤干餾、煤氣凈化及化工產品精制過程中形成的廢水[1]。按照焦化生產流程，焦化廢水由以下幾部分組成。

1.1 備煤及煉焦除塵廢水

備煤和焦炭煉制過程中會產生少量除塵污水，包括用于清掃備煤作業區（煤的運輸、破碎和配制）、煉焦作業區（焦爐裝煤、出焦）和焦處理設施（熄焦、焦炭轉運、篩焦）等區域的地坪沖洗廢水。這類廢水有機污染物濃度較低，但濁度高，主要含有煤屑、焦炭顆粒物、粉塵等懸浮固體，一般經澄清處理后可回用于焦化生產。

1.2 煤氣凈化剩余氨水

焦爐煤氣是煉焦過程中隨煤的干餾產生的一種復雜混合物，需要進一步凈化才可輸送至用戶。煤氣凈化過程中會產生大量剩余氨水，這是焦化廢水的主要組成部分。在煉焦過程中，裝爐煤水分（配煤時的表面濕存水和煤中化合水）一般控制在10%左右，這部分附著水經高溫變成水蒸氣后隨荒煤氣一同進入煤氣凈化系統。荒煤氣首先通過噴灑氨水進行煤氣初冷，在煤氣初冷的氨水循環系統中，由于裝爐煤水分使氨水量增多而形成了剩余氨水。某年產420萬t 干全焦焦化廠日處理煉焦煤量為16762t，含水率按10.8%計則剩余氨水產生量約為75.4mg/h，該廠焦化廢水處理工藝實際處理水量約為130mg/h，可見剩余氨水占比超過一半。剩余氨水中含有大量酚、氰、氨、硫和油類等有毒有害污染物，碳氮比低，可生化性差[2]。剩余氨水在貯存槽中與其它生產裝置送來的少量工藝廢水混合后成為混合剩余氨水。混合剩余氨水的處理方法有直接蒸氨、先脫酚后蒸氨、與富氨水一起蒸氨或與脫硫富液一起脫酸蒸氨。經過蒸氨處理后的蒸氨廢水送往焦化廠配套廢水處理設施作進一步處理。

1.3 化工產品精制廢水

化工產品精制過程主要包括焦油精制、苯精制、氨回收、硫銨加工、制酸、提取酚、萘、吡啶等，這些作業區會產生一些與物料直接接觸的蒸汽冷凝分離水。例如在脫苯塔回收并提取粗苯及粗苯精制過程中的初餾塔、粗苯塔、純苯塔等工序中均需直接通入蒸汽，蒸汽經冷凝后從分離器排出，即為酚、苯、氰和氨含量很高的廢水。除此之外還有煤氣終冷的直接冷卻水、焦油精制加工過程的直接蒸汽冷凝分離水等。這部分廢水通常與上述剩余氨水混合在一起被稱為混合剩余氨水。

1.4 冷卻循環系統排污水

除上述混合剩余氨水外，焦化生產過程中還會產生一部分循環系統排污水。冷卻循環水在工業生產中占到總用水量的80%以上，當循環水中的有害物質達到一定濃度，即濃縮倍數達到3～7 倍時，則需要排污。循環冷卻排污水具有堿度高、硬度高、含鹽量高、濁度高等特點，處理起來有一定難度。有些焦化廠會將其二次利用，用作蒸氨廢水的稀釋水。另一種方法是單獨收集、單獨處理，對循環冷卻排污水進行適當除濁、除鹽處理后，作為循環水補給水進行回用，這對實現廢水零排放，提高水資源利用率，減輕環境污染具有重要意義。

1.5 化驗室排水

化驗室排水也是焦化廢水的一個組成部分，其水質相對簡單，且水量小，一般與蒸氨廢水混合后一同處理。

2 焦化廢水零排放措施

隨著我國環保壓力不斷加大，焦化行業準入條件和環保標準也在不斷提高。就廢水排放標準而言，目前焦化行業執行的 《煉焦化學工業污染物排放標準》（GB 16171-2012）對污染物種類和排放限值的設置更加科學、嚴格、全面。《焦化行業準入條件》（工信部〔2008〕第15 號）中明確規定，焦化廢水生化廢水處理工藝及設備要先進可靠；做到酚氰廢水處理后廠內回用；熄焦廢水實現循環回用，不得外排；噸焦耗新水小于3.5m3。焦化廠實現節能降耗零排是必然趨勢。面對更加嚴格的環保政策法規標準，現有焦化廠尤其是中小型獨立焦化廠基本達不到要求。

國際上將廢水 “零” 排放定義為 “液體零排放（Zero Liquid Discharge，ZLD）”，即廢水經過適當的組合技術處理后回用于生產，不向環境排放任何液態的污染物質。廢水的“零”排放在于減少污染物的排放直至“零”，其有利于實現能源的再生利用，提高能源的利用效率。零排放主要指在生產過程中控制水資源的使用，并對廢水進行資源的再利用，從源頭、過程、終端實現對水資源的全程控制，實現最小的水資源投入得到最大的生產效益，緩解環境污染問題。在鋼鐵企業中實施焦化廢水零排放，需要運用先進的前端生產工藝和末端水處理及回用技術，幫助焦化企業擺脫用水誤區，實現廢水零排放。

2.1 前端生產工藝節水減排措施

要實現生態焦化、綠色焦化，就要首先從焦化生產的源頭著手，直到每個生產環節，推行用水少量化，廢水外排無害化和資源化。推行先進生產工藝，回收有用資源，減少廢水中有毒有害物質的濃度，提高廢水水質，降低廢水處理負荷。

2.1.1 煤調濕技術

煉焦煤在焦爐中經過高溫干餾后，其中的表面水和結合水變成水蒸氣隨荒煤氣進入煤氣凈化系統后再冷凝形成的廢水是焦化廢水的主要組成部分。因此，備煤技術是焦化工業節水減排、節能降耗源頭控制最重要的環節。其中裝爐煤調濕技術是一種能夠有效控制煉焦煤水分的方法。煤調濕是裝爐煤水分控制技術的簡稱，是一種煉焦用煤的預處理技術，將煤料在裝爐前利用直接或間接熱源加熱干燥去除一部分水分，使水分穩定在相對低的水平（約8%），然后裝爐煉焦。

通過生產實踐，采用煤調濕技術后，裝爐煤水分平均降幅在2.2%左右，可顯著降低剩余氨水產生量，相應可減少剩余氨水蒸氨能耗，同時減少廢水處理量，減少廢水和污染物排放量，從而降低企業的污水處理成本。

2.1.2 干熄焦技術

目前常用的熄焦技術可分為濕法熄焦和干法熄焦，其中濕法熄焦即通過噴灑熄焦水進行熄焦，因其浪費紅焦大量顯熱、降低焦炭質量、產生有毒有害廢水、排放大量煙塵等缺點，現已很少使用常規濕法熄焦技術。與之相比，以氣體為熄焦介質的干法熄焦技術，更符合生態焦化的理念，應用前景更為廣闊。

生產實踐證明，利用干熄焦技術，在將環境粉塵控制在小于30mg/m3的同時，也節約了數量可觀的熄焦用水。通常采用傳統的濕熄焦方法，每熄滅1t 紅焦要消耗0.45t 水；采用干熄焦技術后，熄焦工序可不用水，噸焦平均節水0.43t。

2.2 末端焦化廢水處理及回用措施

除了從源頭上控制焦化廢水的產生之外，實現焦化廢水回用需要科學合理地選擇生化處理工藝、深度處理技術和廢水消納途徑，最終實現廢水零排放的目標。

2.2.1 酚氰廢水處理及回用工藝

目前，國內外處理焦化廢水大多采用“預處理-生化處理-深度處理”相結合的方法[3～7]，圖1 為某焦化廠酚氰廢水處理工藝流程圖。

圖1 某焦化廠酚氰廢水處理工藝流程

該廠酚氰廢水中氨氮濃度高達4730mg/L，且含有酚類、氰化物、油類等污染物。選用蒸氨、除油、浮選等物化預處理方法，旨在提高廢水的可生化性，滿足后續生物處理系統對廢水水質的要求。廢水經預處理后，進入分段進水兩級A/O 生物處理工藝，利用厭氧、好氧微生物的降解作用進一步去除廢水中的氮、酚、氰及其它有害物質。分段進水有利于微生物充分利用廢水中的有機物，不僅可提高COD 去除效果，還能夠減少碳源額外投入，從而節省藥劑費等運行費用。后混凝處理工藝的主要目的是降低水中懸浮物和COD。生化出水色度大，且仍含有少部分難降解有機物，通過采用 “電催化氧化-電絮凝氣浮-超濾-反滲透”深度處理組合工藝，可進一步強化處理效果，達到排放及回用標準。

該酚氰廢水處理及回用工藝系統出水水質滿足《煉焦化學工業污染物排放標準》（GB 16171-2012）和 《工業循環冷卻水處設計規范》（GB/T 50050-2017）中的相關要求（詳見表1），可重新回用作循環水系統補充水，或用于燒結、燜渣等生產環節，實現了酚氰廢水零排放。

表1 酚氰廢水處理及回用工藝進出水水質數據

2.2.2 循環排污水處理及回用工藝

冷卻循環水在工業生產中占到總用水量的80%以上，當循環水中的有害物質達到一定濃度，即濃縮倍數達到3～7 倍時，則需要排污。循環冷卻排污水具有堿度高、硬度高、含鹽量高、濁度高、懸浮物高等特點，處理起來有一定難度。某焦化廠采用“機械攪拌澄清池+多介質過濾器+超濾+反滲透”工藝單獨收集處理循環系統排污水，對其適當除濁、除鹽后可作為循環水補給水實現回用零排。該工藝系統產水回收率達到80%，產水水質（見表2）可達到循環水回用補充水標準。

表2 循環排污水處理及回用工藝進出水水質數據

結語

隨著 “環保作為生產要素之一” 理念的不斷深入，焦化廢水的治理將不再單單是末端處理和達標排放的問題，而是尋求如何循環使用和妥善解決出路的問題。傳統的末端治理方式是被動的，存在投資大、運行費用高等缺點，不能從根本上消除污染。焦化廠前端實行清潔生產工藝，實現廢水減量化；后端運用節能降耗零排放型處理技術，實現廢水資源化，這是未來焦化廠降低污染、提高資源能源綜合利用率的有效途徑，有利于推動焦化企業環保轉型，以低污染和高質量的優勢在市場中占據有利位置，幫助焦化行業摘掉“高污染、高能耗”的帽子。