如何破解焦化废水脱氮难题

如何破解焦化废水脱氮难题近年来，我国焦化行业取得了长足进展，其技术装备和环保治理水平得到显著提高。2005年，我国焦炭产量达到了2．43亿吨，比上年增长约17．9％。我国在成为世界焦炭生产和出口大国的同时，也把污染留在了国内。焦化行业是我国造成环境污染的主要行业之一。坚持经济、社会和环境效益三者的和谐统一，加大对焦化废水的治理力度，推进清洁生产的步伐，已经成为我国焦化行业当前面临的极为紧迫的任务之一。焦化废水治理的特殊性焦化废水产生于炼焦及化产品回收精制的过程，其处理难点包括以下几个方面：第一个难点是废水排放量大，水质成分复杂，其中含有50余种无机和有机化合物，包括氨氮、氰化物、苯并芘，单环、多环乃至杂环的芳香族化合物，苯酚类及其衍生物就占60％左右，且均难以生物降解；第二个难点是氨氮浓度高，以蒸氨废水来说，一般情况下COD的含量高达4000毫克／升，氨氮总量在500毫克／升左右，已超过传统生物处理的极限；第三个难点是我国炼焦工艺产生的焦化废水还具有典型的本土性，造成了国外的一些先进技术不能有效地解决我国焦化废水治理的问题。上世纪90年代以前，我国大多数焦化厂对焦化废水的处理仅仅采用生物脱酚工艺。后来建设或改建的焦化厂采用普通活性污泥法，该法对氨氮的脱除率低，废水处理成本高达6元／吨至8元／吨。钢铁企业清洁生产的难点在于焦化工序，焦化工序环境污染治理的重点又在污水治理上，而焦化污水治理的主要目的是去除有机物及氨氮。由于焦化废水中氨氮、多环芳香烃等对微生物具有毒性和抑制作用，使焦化废水的治理成为一个国际性技术难题。发达国家之所以大量关闭炼焦企业，根本原因是迫于环保压力。目前，我国大多数焦化企业的废水治理采用常规的活性污泥法，处理量小，对氮的脱除效果甚微，无法达到焦化废水排放标准的要求。所以，开发研究高效适用的焦化废水净化技术，加快焦化废水治理的步伐显得尤为必要。焦化废水脱氮的紧迫性焦化行业废水排放对生态环境造成了严重的污染。近年来，国家对焦化行业出台了一系列相关法规，例如淘汰土焦、限制小机焦。我国一些大中型焦化企业严格贯彻执行国家有关清洁生产的标准，加大了对焦化废水的治理力度，提高了资源利用率，使焦化废水严重污染环境的状况有所改变。据2003年相关统计显示：我国焦化行业达到HJ／T126—2003《清洁生产标准(炼焦行业)》清洁生产二级以上标准的企业有39家，占我国焦化企业总数的9．75%；达到三级以上标准的企业有32家，占焦化企业总数的8．0％；另有不足20％的焦化企业建有具有脱氮功能的污水处理装置。但与此同时，还有不少焦化企业的废水排放量已超过该地区河段的承载能力，在造成河流污染和生态环境破坏的同时，也给企业带来了极大的生存压力。考虑到焦化废水处理成本较高的问题，我国不少焦化企业的废水净化装置时开时停，那些年产量低于50万吨规模的小机焦厂家，则没有安装焦化废水处理设施，这更加剧了生态环境质量的恶化。近年来，世界经济的复苏与钢铁工业的快速发展，促进了我国炼焦行业的快速发展。但是，我国焦化行业对焦化废水的治理手段仅限于普通生物脱酚技术，COD及氨氮则不经处理。“十五”期间，我国焦炭产量年增幅达14．82％，2005年一年就新建投产了61座焦炉，新增焦炭产能约2700万吨。我国焦化企业通过采用大量新技术提高了装备的水平，但一些扩建、改建焦炉的废水处理设施仍然不能同步配套，这就使得焦化废水的污染总量随着焦炭产量的增加而增加。对于一些老厂，由于我国环保法制不够健全等原因，对废水治理的资金投入不足，焦化技术改造时不能做到“三同步”。从全国范围来看，我国焦化行业的排污总量近年来有增无减。未来20年，我国将全面实施污染综合削减政策。《“十一五”环境保护计划》强调，将实施更加严格的污染物排放总量控制政策。焦化行业作为污染较为严重的行业之一，要坚持发展循环经济，重视废水治理，有效控制排放总量，在新建、扩建、改建项目时，做到增产不增污，努力实现废水“零”排放和水资源的再利用。焦化废水脱氮技术亟待优化焦化废水脱氮技术有物理化学法、生物化学法等。生物化学法是较为经济、实效、无污染转移、操作简便易掌握的典型工艺技术。生物脱氮是利用微生物的生物化学作用，将废水中的氨氮经硝化和反硝化反应，转变成为无害的氮气而除去。目前，国内焦化废水处理采用的生物化学脱氮工艺的主要流程有“缺氧一好氧(A—O)”法，以及在此工艺基础上开发的“厌氧-缺氧-好氧(A—A—O)”法。此外，“缺氧-好氧-好氧(A—O—O)”法也是“A-O”工艺的延伸，同属于以“缺氧-好氧”为基本流程的生物脱氮工艺。“缺氧-好氧”生物化学脱氮流程如下：焦化废水在好氧池中进行硝化反应，氨氮被直接氧化成为硝态氮后，回流到缺氧池进行反硝化反应，将硝态氮还原为氮气而逸出，实现总氮的脱除和COD的降解。我国从上世纪80年代开始研究“缺氧一好氧”工艺。1993年，该工艺在宝钢一期、二期焦化废水处理工程上得到应用，而后又优化成为“A—O—O”工艺，不但提高了净化效果，而且还降低了运行成本。利用活性污泥的生物脱氮技术先后在攀钢、昆钢、首钢、涟钢等企业的焦化厂得到应用，并取得了较好的脱氮效果，处理后的废水达到国家二级排放标准，氨氮和COD的去除率均可达到95％以上。这三种工艺流程对工况的要求比较严格，对微生物的生存环境条件要求较高，投资运行费用高，废水处理能力有限，一般在60吨／小时以下，限制了其在大中型焦化企业中的推广应用。随着大中型钢铁企业规模的扩张，焦炭产量也达到了300万吨／年至400万吨／年，所以开发大于200吨／小时的焦化废水处理装置尤为迫切。焦化废水脱氮的对策炼焦生产消耗大量的能源，焦化废水的排放破坏了生态环境，并造成了巨大的经济损失，给焦化行业自身和社会都带来了巨大的压力。我国焦化行业必须加强自身的技术调整，改变粗放式的经济增长方式。具体来讲，我国焦化废水脱氮的对策包括以下几个方面的内容：一是建立并完善国家加强监管和企业自我调整相结合的焦化废水治理机制。“十一五”期间，国家将加强环境监管制度，进一步建立和完善环境保护的长效机制，用政策的指导和法律的约束去统筹焦化行业的发展；科学实施水污染物排放总量的控制，建立以重点污染源为主体的排放总量控制系统，把防治污染作为今后的主要工作之一。国家明确提出，到201O年，我国焦化行业排放的焦化污水100％实现达标排放，并控制排放总量不大于当地环保部门规定的排放总量。《炼焦工业污染物排放标准》也明确规定，到2009年1月1日，我国炼焦企业排放的焦化废水中的COD及氨氮的最高允许浓度分别为100毫克／升和15毫克／升，而目前我国80％以上的焦化企业离这一指标还相距甚远。我国炼焦行业要求得生存与发展的空间，企业结构调整的方向和目标要立足于节能降耗和环境治理，建立污染物达标排放、资源合理利用的节约型、清洁型、循环型企业的发展模式。二是研究开发高效廉价的脱氮工艺。焦化废水作为一种典型的含有难降解有机物的工业废水，其治理技术与工艺在国内外成为一个热点研究课题。近10年来，我国相关科研院所、高等院校、焦化企业在应用“A—O”工艺的基础上，对生物脱氮技术的“好氧—厌氧”反应机理、影响因素、流程长短等理论进行了有益的探索，提出了一些新的生物脱氮观点和理论，并开发出了“间歇序批式生物脱氮”、“催化湿式氧化”等技术。生物化学法处理焦化废水的核心是利用微生物来分解有机物，只有得到适应能力强、分解能力高的细菌，才能在适宜的工艺流程中发挥出生物化学法处理的优势，国内有关方面已经成功开发出高效的微生物群。有关科研单位还对“A—O”工艺进行了优化，开发出了“缺氧—好氧—好氧(A—O—O)”内循环脱氮工艺。我国有关科技工作者今后的工作任务是：结合焦化行业的实际情况及焦化废水“A—o”脱氮工艺的难点，通过“产、学、研”相结合，在焦化废水处理核心和关键技术上取得突破，并开发出100吨／小时乃至200吨／小时以上废水处理量、基建投资少、生物脱氮效率高、运行稳定的大型脱氮装置。三是推广应用成熟有效的焦化废水处理技术。我国焦化企业对焦化废水的治理，应该从源头控制和过程处理人手，将清洁生产的理念贯穿于焦化生产全过程，以提高资源利用率，减少工业水和蒸汽的使用量。对化产系统产生的废水，企业应实施“小股水集中、清浊分流、小半径循环，限制和淘汰落后的、严重浪费资源和能源的工艺和设备，鼓励应用低污染和无污染、资源利用效率高的工艺。在废水产生的环节，企业应强化污染防治，积极推广无蒸汽蒸氨、煤气初冷和终冷采用横管冷却器、热导油传热等技术，从源头上减少废水的产生量。济钢焦化厂、莱钢焦化厂在焦化废水治理实现“零”排放方面取得了显著的效果：他们将处理后达到二级排放标准的焦化废水用作高炉泡渣、循环水补充水，这一点值得向其他企业推广。此外，有关单位还应该加快焦化污水氨氮微生物“硝化-反硝化”处理研究，并使其逐步走向规模化、高效化、适用化；开发和完善新型曝气设备、微孔曝气器、旋转布水器和污水处理自动检测技术的智能化控制模式；应用膜生物反应器技术，研制高效污水处理剂，鼓励在废水处理中应用臭氧、紫外线等无二次污染的消毒技术。我国焦化企业在选用废水处理工艺时，要因地制宜、综合考虑，根据废水中有机物的实际浓度来确定工艺流程，这样才能收到应有的脱氮效果