焦化废水是炼焦工业产生的混合工业废水，具有水质成分复杂、可生化性差、生物毒性强等特点，是难处理的工业废水之一，常采用组合方法进行处理，包括预处理（如隔油、气浮）、生物处理（如AO、A2O和SBR等）和深度处理（如混凝、吸附和膜滤等）。膜生物反应器（MBR）由于微生物浓度高、出水水质好，在制药、印染、炼油、焦化废水等处理领域受到了广泛的关注，但是膜污染问题限制了其发展，更换新膜的费用以及由膜污染引起的能耗增加阻碍了其大规模推广。陶瓷平板膜生物反应器（CMBR）耐酸碱和抗污染能力强、机械强度高、使用寿命长，在难降解废水处理中具有较大的优势，能耗较低，运行维护简单。四川某工业废水处理厂采用预处理+催化内电解+生化处理组合工艺，预处理包括隔油、气浮，催化内电解采用铁碳微球，生化处理采用缺氧陶瓷膜生物反应器（ACMBR）+好氧陶瓷膜生物反应器（OCMBR）组合工艺，取得了良好的处理效果，出水主要指标符合《炼焦化学工业污染物排放标准》（GB16171—2012）中的间接排放标准。
1、废水水质、水量
该项目的焦化废水主要来自煤气冷却、洗涤、净化等过程，处理对象为氨蒸废水、地坪清扫水等混合废水，设计处理规模为1000m3/d。进水中主要污染物浓度和排放标准如表1所示。
2、工艺流程和主要构筑物及设备
2.1 工艺流程
焦化废水处理工艺流程如图1所示。
废水经过隔油、气浮等预处理去除部分石油类物质和SS后，进入调酸池，投加废酸调节废水的pH约为3，以满足催化内电解池的工作要求。在催化内电解池内，填充的铁碳微球在pH约为3的环境中反应生成氧化能力较强的·OH自由基和还原性[H]，使难降解的有机物开环、断链，并氧化分解部分难降解有机物，提高废水的可生化性，同时微电解产生的Fe2+、Fe3+具有絮凝作用，可以去除废水中一部分SS。在内电解池设置预曝气，可以增加废水中的溶解氧，提高废水的稳定性，氧化废水中的还原性物质，并能吹脱废水中溶解的挥发性物质，适度降低废水中部分COD，为后续的缺氧/好氧两级陶瓷膜MBR高效去除污染物创造条件，同时为硝化菌、反硝化菌提供营养。内电解池出水进入回调池，投加碱液使废水pH为7左右，满足MBR微生物生长环境需求，同时适当补充系统中的碱度。废水再流入ACMBR池，其主要作用是前置缺氧反硝化脱氮，采用无机陶瓷膜构建生物反应器，陶瓷膜耐酸碱能力、微生物截留能力强，ACMBR池能保持较高的反硝化菌浓度，形成优势种群，从好氧池回流的硝化液，其回流比为200%~250%，使得ACMBR池具有高效的脱氮能力。废水再进入OCMBR池，通过曝气作用使反应器保持好氧环境，以去除COD、BOD5和酚类物质并硝化。陶瓷膜孔径小，能确保SS和活性污泥被高效截留，出水效果较好。系统中的污泥经过浓缩、脱水处理后送入煤场焚烧。预处理+催化内电解+A/O两级陶瓷膜MBR构建了完整的焦化废水处理工艺，可以完成降解有机物、酚类和脱氮的效能，并高效截留SS，使出水水质满足相关标准。
2.2 主要构筑物及设备
2.2.1 预处理系统
①隔油池。
设隔油池1座，采用旋流分离调节罐（俗称“罐中罐”）式设计，分为上、下两层，上层除油，下层沉淀，含油废水进入上层除油罐，在水力旋流搅拌器的高速搅拌作用下实现油水分离，上浮到水面上的浮油借助浮动在液面的撇油管撇除收集。经过除油后的废水进入下层沉淀池去除油泥和大颗粒SS，依靠水压间歇排除。隔油池设计处理能力为50.0m3/h，有效水力停留时间为2.5h，其中上层0.5h、下层2.0h。
②气浮池。
气浮能够去除石油类物质和SS，采用涡凹气浮净化设备。与溶气气浮设备相比，涡凹气浮设备无需压力容器、空压机、循环泵等设备，设备投资少，装机功率仅为3.0kW，运行费用低，占地12m2，处理水量为50m3/h，停留时间为15～20min，表面负荷为5~10m3（/m2·h）。池中工作水深不大于2.0m，池子长宽比>4。投加聚合硫酸铁和PAM对隔油池出水中的乳化油、浮渣进行分离，对石油类物质、SS的去除率可达80%以上。
2.2.2 催化内电解系统
①调酸池。
因为后续的催化内电解反应池对废水的pH要求严格，其最佳工作pH为3，焦化废水为碱性，因此必须投加稀酸将pH调整到3。设2座钢制不锈钢罐，尺寸Ø2.5m×3.0m（有效水深2.7m），水力停留时间0.53h，每个钢罐配置桨板式搅拌机1台（功率0.37kW）、在线pH计1台、超声波液位计1台。另配置废酸罐1个、投加泵2台（单台功率为0.11kW）。
②催化内电解池。
催化铁碳内电解是一种处理难降解工业废水的新方法，是在传统的铁碳微电解法中加入催化剂铜，形成Fe-C催化还原体系。利用铁和碳发生氧化还原反应，生成高活性的Fe2+、新生态[H]和·OH，与废水中的污染物发生氧化还原反应，破坏其形态和结构，降低废水的COD，提高其可生化性。设成套钢制罐体反应塔2座，单体尺寸Ø2.5m×6.0m，有效接触容积60m3。罐内填充按照一定配比烧制的铁碳微球，填充高度为4m，废水从上而下流经铁碳微球，下设曝气管起到预曝气作用，曝气量按气水比8∶1设计，设曝气鼓风机3台，2用1备，单机风量4.15m3/min，风压0.06MPa，功率11.0kW。
2.2.3 生化处理系统
①pH回调池。
投加废碱液，将催化内电解池出水的pH回调到7左右，并为后续的生化处理系统提供适当碱度，有利于后续ACMBR反应池的反硝化菌生长。钢制罐体2座，单体尺寸Ø2.5m×3.0m（有效水深2.7m），水力停留时间0.53h，每个罐体配置桨板式搅拌机1台（功率0.37kW）、在线pH计1台、超声波液位计1台。另配置碱液罐1个、投加泵2台（单台功率为0.11kW）。
②ACMBR反应池。
ACMBR反应池的功能是前置缺氧反硝化脱氮，废水中所含的NH3-N在后续的OCMBR反应池中硝化后回流至ACMBR反应池。反硝化微生物以进入ACMBR反应池废水中的有机物为碳源，在缺氧条件下降解废水中BOD5物质，同时实现NO3--N的反硝化，将NH3-N转化为N2排放到大气中，达到降低出水NH3-N和TN的目的，BOD5也得到部分去除。ACMBR反应池DO≤0.5mg/L，设计MLSS为8g/L，氮负荷为0.05kg/（kgMLSS·d）。总有效池容为550m3，1座2格，单格尺寸为11.0m×5.0m×5.0m，设计停留时间为13.2h，每格设陶瓷平板膜组件2套，组件尺寸（W×H×D）为2120mm×3300mm×720mm，标称孔径为0.1μm，膜通量为40~60L/（m2·h）。共设4台潜水搅拌机（每组2台）用于反应池的混合搅拌，单机功率2.20kW。由PLC控制运行，正常运行9min、反冲洗2min。
③OCMBR反应池。
OCMBR反应池具有降解BOD5、氨化等功能，由于陶瓷膜的高截留特性，反应器中的活性污泥浓度可以高达8~10g/L，污泥泥龄长，系统产生的污泥量少，污泥稳定性好。通过水泵的抽吸作用，水从陶瓷平板膜表面的微小孔径中抽出，而活性污泥等被截留在生化池内，从而实现泥水分离，省去了二次沉淀设备。在出水管上设中间水罐，作为陶瓷膜组件的反冲洗水源。设计OCMBR反应池DO≥2.0mg/L，MLSS为8g/L，BOD5负荷为0.1kg/（kgMLSS·d），总有效池容为1000m3，1座2格，单格尺寸10.0m×10.0m×5.0m，每格设陶瓷平板膜组件4套，膜组件尺寸（W×H×D）为2120mm×3300mm×720mm，水力停留时间为24h，为保证系统内足够的需氧量，采用鼓风曝气，选用微孔刚玉曝气头，设4台罗茨鼓风机（3用1备），Q=5.5m3/min，P=0.06MPa，N=11.00kW。设2套在线溶解氧测定仪、2套在线pH测定仪，末端的集水井内设有混合液回流泵2台，回流比为200%～400%（可调节），硝化液回流管和污泥回流管上均设置电磁流量计。
2.2.4 污泥处理系统
①污泥浓缩池。
采用重力式污泥浓缩池，停留时间12h，固体负荷30kg/（m2·d），剩余污泥送入污泥浓缩池进行浓缩，浓缩后污泥含水率为97%~98%，用输泥螺杆泵送至带式压滤机进行脱水处理。
②污泥脱水间。
污泥脱水间占地5m×10m，设脱水用带式压滤机（B=1.0m）1台，空压机1套，P=0.06MPa。反冲洗水泵2台（1用1备），同时配套污泥输送设备和污泥储存设备各1套，泥饼装车外运掺在粉煤灰中焚烧。
3、实际运行效果
该工程调试结束后，在废水处理站正常运行条件下进行了30d监测，进水流量为850~927m3/d，各处理单元出水主要污染物浓度变化如表2所示。进水COD、氨氮、酚类和SS的平均浓度分别为3363.6、275.18、801.20、449.6mg/L，该工艺对COD、氨氮、酚类和SS的去除率分别达到97.25%、94.64%、99.98%和98.71%，出水主要污染物浓度满足《炼焦化学工业污染物排放标准》（GB16171—2012）中的间接排放标准。
4、技术经济分析
该焦化废水处理项目工程总投资约为1183.25万元，其中设备购置与安装工程费用为1036.45万元，土建工程费用为34.5万元，其他费用为112.30万元。废水运行成本主要包括药剂费、动力费、人工费等。投加的化学药剂有纯碱、聚合硫酸铁、阳离子型PAM、磷酸氢二钠、工业葡萄糖等，经核算药剂费为6.38元/m3。动力费主要包括提升泵、回流泵、鼓风机、加药装置、带式压滤机等能耗费用，折算动力费为2.90元/m3，人工费为0.73元/m3，合计总运行成本为10.01元/m3。
5、结论
①采用预处理+催化内电解+陶瓷膜A/OMBR组合工艺处理焦化废水，对COD、氨氮、酚类和SS的平均去除率分别为97.25%、94.64%、99.98%和98.71%，出水水质满足《炼焦化学工业污染物排放标准》（GB16171—2012）中的间接排放标准。
②对于难降解废水，采用催化内电解可以降低废水的COD浓度，提高废水的可生化性，减少废水中有毒物质的毒性，有利于后续的生物处理。
③A/O法的缺氧段和好氧段均采用陶瓷平板膜生物反应器，陶瓷膜的高截留率使反应器中微生物浓度高达8g/L，可以减少构筑物容积，降低有机物负荷。在缺氧池和好氧池分别形成优势种群，提高处理效率。陶瓷膜的耐酸碱性可以延长系统使用寿命，从而降低运行费用。（来源：湖南城市学院市政与测绘工程学院湖南省村镇饮用水水质安全保障工程技术研究中心）