浅谈钢铁企业焦化废水零排放措施

李 欢

（中车环境科技有限公司 北京 100070）

引言

焦化行业是重污染行业，伴随焦炭生产会产生大量废气、废水和废渣。其中，焦化废水是一类成分复杂且毒性大、污染物浓度高且难降解、水量大且水质波动大的典型难处理工业废水，是焦化厂末端治理的重点对象。随着当前国家淘汰落后产能步伐的跟进，焦化行业大力推行清洁生产和循环经济，不断探索“绿色焦化、生态焦化”之路。然而焦化废水处理工艺的复杂性和高昂的运行成本，使得焦化废水的合理处置成为焦化行业和环保的领域共同研究和解决的难题之一。节水减排、节能降耗，实现废水回用乃至零排放，既是我国环保整体目标，更是焦化工业在其治污环保和可持续发展过程中担负的重要责任和任务。

1 焦化生产过程废水产排情况

焦化生产用水系统复杂，废水产生点多。焦化废水是焦化厂在备煤、煤干馏、煤气净化及化工产品精制过程中形成的废水[1]。按照焦化生产流程，焦化废水由以下几部分组成。

1.1 备煤及炼焦除尘废水

备煤和焦炭炼制过程中会产生少量除尘污水，包括用于清扫备煤作业区（煤的运输、破碎和配制）、炼焦作业区（焦炉装煤、出焦）和焦处理设施（熄焦、焦炭转运、筛焦）等区域的地坪冲洗废水。这类废水有机污染物浓度较低，但浊度高，主要含有煤屑、焦炭颗粒物、粉尘等悬浮固体，一般经澄清处理后可回用于焦化生产。

1.2 煤气净化剩余氨水

焦炉煤气是炼焦过程中随煤的干馏产生的一种复杂混合物，需要进一步净化才可输送至用户。煤气净化过程中会产生大量剩余氨水，这是焦化废水的主要组成部分。在炼焦过程中，装炉煤水分（配煤时的表面湿存水和煤中化合水）一般控制在10%左右，这部分附着水经高温变成水蒸气后随荒煤气一同进入煤气净化系统。荒煤气首先通过喷洒氨水进行煤气初冷，在煤气初冷的氨水循环系统中，由于装炉煤水分使氨水量增多而形成了剩余氨水。某年产420万t 干全焦焦化厂日处理炼焦煤量为16762t，含水率按10.8%计则剩余氨水产生量约为75.4mg/h，该厂焦化废水处理工艺实际处理水量约为130mg/h，可见剩余氨水占比超过一半。剩余氨水中含有大量酚、氰、氨、硫和油类等有毒有害污染物，碳氮比低，可生化性差[2]。剩余氨水在贮存槽中与其它生产装置送来的少量工艺废水混合后成为混合剩余氨水。混合剩余氨水的处理方法有直接蒸氨、先脱酚后蒸氨、与富氨水一起蒸氨或与脱硫富液一起脱酸蒸氨。经过蒸氨处理后的蒸氨废水送往焦化厂配套废水处理设施作进一步处理。

1.3 化工产品精制废水

化工产品精制过程主要包括焦油精制、苯精制、氨回收、硫铵加工、制酸、提取酚、萘、吡啶等，这些作业区会产生一些与物料直接接触的蒸汽冷凝分离水。例如在脱苯塔回收并提取粗苯及粗苯精制过程中的初馏塔、粗苯塔、纯苯塔等工序中均需直接通入蒸汽，蒸汽经冷凝后从分离器排出，即为酚、苯、氰和氨含量很高的废水。除此之外还有煤气终冷的直接冷却水、焦油精制加工过程的直接蒸汽冷凝分离水等。这部分废水通常与上述剩余氨水混合在一起被称为混合剩余氨水。

1.4 冷却循环系统排污水

除上述混合剩余氨水外，焦化生产过程中还会产生一部分循环系统排污水。冷却循环水在工业生产中占到总用水量的80%以上，当循环水中的有害物质达到一定浓度，即浓缩倍数达到3～7 倍时，则需要排污。循环冷却排污水具有碱度高、硬度高、含盐量高、浊度高等特点，处理起来有一定难度。有些焦化厂会将其二次利用，用作蒸氨废水的稀释水。另一种方法是单独收集、单独处理，对循环冷却排污水进行适当除浊、除盐处理后，作为循环水补给水进行回用，这对实现废水零排放，提高水资源利用率，减轻环境污染具有重要意义。

1.5 化验室排水

化验室排水也是焦化废水的一个组成部分，其水质相对简单，且水量小，一般与蒸氨废水混合后一同处理。

2 焦化废水零排放措施

随着我国环保压力不断加大，焦化行业准入条件和环保标准也在不断提高。就废水排放标准而言，目前焦化行业执行的 《炼焦化学工业污染物排放标准》（GB 16171-2012）对污染物种类和排放限值的设置更加科学、严格、全面。《焦化行业准入条件》（工信部〔2008〕第15 号）中明确规定，焦化废水生化废水处理工艺及设备要先进可靠；做到酚氰废水处理后厂内回用；熄焦废水实现循环回用，不得外排；吨焦耗新水小于3.5m3。焦化厂实现节能降耗零排是必然趋势。面对更加严格的环保政策法规标准，现有焦化厂尤其是中小型独立焦化厂基本达不到要求。

国际上将废水 “零” 排放定义为 “液体零排放（Zero Liquid Discharge，ZLD）”，即废水经过适当的组合技术处理后回用于生产，不向环境排放任何液态的污染物质。废水的“零”排放在于减少污染物的排放直至“零”，其有利于实现能源的再生利用，提高能源的利用效率。零排放主要指在生产过程中控制水资源的使用，并对废水进行资源的再利用，从源头、过程、终端实现对水资源的全程控制，实现最小的水资源投入得到最大的生产效益，缓解环境污染问题。在钢铁企业中实施焦化废水零排放，需要运用先进的前端生产工艺和末端水处理及回用技术，帮助焦化企业摆脱用水误区，实现废水零排放。

2.1 前端生产工艺节水减排措施

要实现生态焦化、绿色焦化，就要首先从焦化生产的源头着手，直到每个生产环节，推行用水少量化，废水外排无害化和资源化。推行先进生产工艺，回收有用资源，减少废水中有毒有害物质的浓度，提高废水水质，降低废水处理负荷。

2.1.1 煤调湿技术

炼焦煤在焦炉中经过高温干馏后，其中的表面水和结合水变成水蒸气随荒煤气进入煤气净化系统后再冷凝形成的废水是焦化废水的主要组成部分。因此，备煤技术是焦化工业节水减排、节能降耗源头控制最重要的环节。其中装炉煤调湿技术是一种能够有效控制炼焦煤水分的方法。煤调湿是装炉煤水分控制技术的简称，是一种炼焦用煤的预处理技术，将煤料在装炉前利用直接或间接热源加热干燥去除一部分水分，使水分稳定在相对低的水平（约8%），然后装炉炼焦。

通过生产实践，采用煤调湿技术后，装炉煤水分平均降幅在2.2%左右，可显著降低剩余氨水产生量，相应可减少剩余氨水蒸氨能耗，同时减少废水处理量，减少废水和污染物排放量，从而降低企业的污水处理成本。

2.1.2 干熄焦技术

目前常用的熄焦技术可分为湿法熄焦和干法熄焦，其中湿法熄焦即通过喷洒熄焦水进行熄焦，因其浪费红焦大量显热、降低焦炭质量、产生有毒有害废水、排放大量烟尘等缺点，现已很少使用常规湿法熄焦技术。与之相比，以气体为熄焦介质的干法熄焦技术，更符合生态焦化的理念，应用前景更为广阔。

生产实践证明，利用干熄焦技术，在将环境粉尘控制在小于30mg/m3的同时，也节约了数量可观的熄焦用水。通常采用传统的湿熄焦方法，每熄灭1t 红焦要消耗0.45t 水；采用干熄焦技术后，熄焦工序可不用水，吨焦平均节水0.43t。

2.2 末端焦化废水处理及回用措施

除了从源头上控制焦化废水的产生之外，实现焦化废水回用需要科学合理地选择生化处理工艺、深度处理技术和废水消纳途径，最终实现废水零排放的目标。

2.2.1 酚氰废水处理及回用工艺

目前，国内外处理焦化废水大多采用“预处理-生化处理-深度处理”相结合的方法[3～7]，图1 为某焦化厂酚氰废水处理工艺流程图。

图1 某焦化厂酚氰废水处理工艺流程

该厂酚氰废水中氨氮浓度高达4730mg/L，且含有酚类、氰化物、油类等污染物。选用蒸氨、除油、浮选等物化预处理方法，旨在提高废水的可生化性，满足后续生物处理系统对废水水质的要求。废水经预处理后，进入分段进水两级A/O 生物处理工艺，利用厌氧、好氧微生物的降解作用进一步去除废水中的氮、酚、氰及其它有害物质。分段进水有利于微生物充分利用废水中的有机物，不仅可提高COD 去除效果，还能够减少碳源额外投入，从而节省药剂费等运行费用。后混凝处理工艺的主要目的是降低水中悬浮物和COD。生化出水色度大，且仍含有少部分难降解有机物，通过采用 “电催化氧化-电絮凝气浮-超滤-反渗透”深度处理组合工艺，可进一步强化处理效果，达到排放及回用标准。

该酚氰废水处理及回用工艺系统出水水质满足《炼焦化学工业污染物排放标准》（GB 16171-2012）和 《工业循环冷却水处设计规范》（GB/T 50050-2017）中的相关要求（详见表1），可重新回用作循环水系统补充水，或用于烧结、焖渣等生产环节，实现了酚氰废水零排放。

表1 酚氰废水处理及回用工艺进出水水质数据

2.2.2 循环排污水处理及回用工艺

冷却循环水在工业生产中占到总用水量的80%以上，当循环水中的有害物质达到一定浓度，即浓缩倍数达到3～7 倍时，则需要排污。循环冷却排污水具有碱度高、硬度高、含盐量高、浊度高、悬浮物高等特点，处理起来有一定难度。某焦化厂采用“机械搅拌澄清池+多介质过滤器+超滤+反渗透”工艺单独收集处理循环系统排污水，对其适当除浊、除盐后可作为循环水补给水实现回用零排。该工艺系统产水回收率达到80%，产水水质（见表2）可达到循环水回用补充水标准。

表2 循环排污水处理及回用工艺进出水水质数据

结语

随着 “环保作为生产要素之一” 理念的不断深入，焦化废水的治理将不再单单是末端处理和达标排放的问题，而是寻求如何循环使用和妥善解决出路的问题。传统的末端治理方式是被动的，存在投资大、运行费用高等缺点，不能从根本上消除污染。焦化厂前端实行清洁生产工艺，实现废水减量化；后端运用节能降耗零排放型处理技术，实现废水资源化，这是未来焦化厂降低污染、提高资源能源综合利用率的有效途径，有利于推动焦化企业环保转型，以低污染和高质量的优势在市场中占据有利位置，帮助焦化行业摘掉“高污染、高能耗”的帽子。