對SBR工藝、硝化和反硝化工藝以及A2/O2幾種處理焦化廢水的工藝進行了分析，并結合山西省焦化廢水處理工藝運行情況，著重介紹了A2/O2處理工藝。
1 工藝技術方案論述
1.1 工藝方案分析
焦化廢水是在煤的高溫干餾、煤氣凈化及化工產品精制過程中產生的，其組成和性質與原煤煤質、炭化溫度、生產工藝和化工產品回收方法密切相關，是一種含有大量有毒有害的廢水，對環境的危害相當大。解決焦化廢水污染問題有兩條基本途徑：一是改革工藝，加強運行管理，降低生產用水，直接降低排放量，減少廢水水量，重復、循環使用水，從根本上消除和減輕污染物的排放，同時降低廢水排放負荷，特別做到清污分流，減輕處理負荷；二是對產生的焦化廢水進行相關處理，使其達到相應的排放要求。廢水處理工藝的選擇直接關系到廢水處理后的出水水質、工程投資大些 運行成本的高低以及運行管理是否簡便等，因而選擇適當的廢水處理工藝是廢水處理工程的關鍵。
就目前焦化生產工藝水平現狀來分析，完全依靠生產工藝的改革來消除污染物排放還不可能達到零排放或達標排放，因此對產生的焦化廢水進行相關后序集中處理才是經濟可行的。
目前焦化廢水處理方法可以分為物理化學方法和生物化學方法。物化法包括溶劑萃取除酚、石灰或燒堿蒸餾除氨，堿式氯化法去除氰和氨，化學氧化法去除有機物，濕式氧化及活性炭吸附等。物化方法去除污染物效率高，運行穩定可靠，但各種污染物的去除往往需要幾種方法聯合使用，運行費用也很高，因此目前物化法主要被用作生物處理的預處理或后續處理。生化法則是可以在單一的生物處理系統中去除多種污染物，而且操作簡單，運行費用也比物化法要低的多，因此生化處理方法一直是焦化廢水處理的主要手段。
早在20世紀30年代，原蘇聯和德國就開始將活性污泥法應用于焦化廢水和煤氣站廢水的處理。當時對生物處理裝置的進水進行了稀釋，使進水BOD小于500 mg/L。我國從20世紀60年代開始在80 %以上的大中型焦化制氣廠建造了活性污泥法系統。傳統的活性污泥法對酚、氰有很好的處理效果。當水力停留時間為12 h～24 h時，酚類物質的去除率可以達到99 %以上，出水酚、氰濃度達到或接近排放標準，COD的去除則較差，一般為60 %～70 %，出水COD為350 mg/L～850 mg/L左右。這是由于焦化廢水中含有一定量的難生物降解的有機物，使傳統活性污泥法不可能將其去除。有關資料表明，國內目前對焦化廢水的處理，大多數都采用常規的活性污泥法，且80 ％以上采用普通活性污泥法，經該法處理后的出水不同程度存在COD，NH4+-N等超標的情況，很難滿足日益提高的環保要求。
為了徹底消除焦化廢水污染問題，近年來，國內外曾作過多方面的研究，提出過各種各樣的改進和新的處理方法和工藝。在這些新的處理方法和工藝中，利用催化濕式氧化法、光合細菌法以及化學沉淀法來處理焦化廢水，但多處于實驗研究階段，還有許多技術和實際應用問題有待解決，而且需要別的投資資金比較高，所以實際應用的廠家不多。另外，兩級或多級生物處理、強化好氧生物處理、高濃度高效率生物處理等方法在降低工程投資、提高系統的處理效率上都取得了一定的進展。但是這些方法都是以酚、氰等污染物作為主要的處理對象，隨著對氨氮污染認識的提高，焦化廢水中的氨氮處理成了焦化廢水處理的一個重要課題，硝化和反硝化是去除焦化廢水中氨氮的主要手段。根據國內外已經運行的焦化廢水處理工程的調查，要達到確定的治理目的，主要有“SBR工藝”“硝化和反硝化工藝”以及“A2/O2”。
1.1.1 SBR工藝
SBR工藝是一種新近發展起來的新型處理焦化廢水的工藝，即為序批式好氧生物處理工藝，其去除有機物的機理在于充氧時與普通活性污泥法相同，不同點是其在運行時，進水、反應、沉淀、排水及空載5個工序，依次在一個反應池中周期性運行，所以該法不需要專門設置二沉池和污泥回流系統，系統自動運行及污泥培養、馴化均比較容易。該法處理焦化廢水有著獨有的優勢：一是不要空間分割，時序上就能創造出缺氧和好氧的環境，即具有A/O2的功能，十分有利于氨氮和COD的去除。二是該法的沉淀是一種靜止的沉淀，對焦化廢水這種污泥沉淀性能不好的廢水，固液分離效果非常明顯。三是該法可以省去二沉池，其占地面積相對要小一些。SBR工藝流程圖見圖1。
1.1.2 硝化和反硝化工藝
硝化和反硝化工藝典型即A/O法（包括A2/O，A/O2，A2/O2法），該法在國內焦化廠實際應用的時間雖然還不算很長，但從已運行的廠家來看，其處理效果還是比較好的。只要精心設計、操作得當，出水水質是可以滿足排放標準要求的。
根據以上所述并結合焦化廢水治理工程的具體情況，我們推薦采用以A/O為基礎的處理方案。A/O法有以下4種組合方式：第1種，A/O法，即缺氧—好氧法；第2種，A2/O法，即厭氧—缺氧—好氧法；第3種，A/O2法，即缺氧—好氧—好氧法；第4種，A2/O2法，即厭氧—缺氧—好氧—好氧法。
第1種處理方法，流程最短，投資最少，但處理效果較差；第3種方法由兩部分組成：缺氧反應槽和兩級好氧槽。廢水首先進入缺氧反應槽，在這里細菌利用原水中的酚等有機物作為電子供體而將回流混合液中的含氮離子還原成氣態氮化物。反硝化出水流經兩級曝氣池，使殘留的有機物被氧化，氨和含氮化合物被硝化。污泥回流的目的在于維持反應器中一定的污泥濃度，防止污泥流失。第2種和第3種處理方法，其流程、投資及處理效果介于第1和第4種之間；第4種處理方法流程最長，是生化處理最完善的技術，處理效果最好。根據我們的實踐經驗，第4種方法中的厭氧段通過水解酸化作用可以有效地將廢水中難以生物降解的大分子有機污染物分解為小分子，提高廢水的可生化性，這對保證后續處理構筑物的去除效果大有好處，最后一段接觸氧化將極大地提高出水水質。
A2/O2法的處理機理是利用厭氧段的水解酸化作用提高廢水的可生化性，再利用硝化和反硝化作用去除廢水中的氨氮并同時降解有機物。為了充分利用廢水中的有機物作為碳源，將反硝化池設在硝化池之前，稱為前置反硝化池。
硝化作用是指廢水中的氨氮在有氧的條件下，通過好氧菌作用，將氨氮氧化為亞硝酸鹽和硝酸鹽。在硝化反應進行之前，廢水中的大部分有機物必須得到有效降解。降解有機物和進行硝化反應是在好氧池進行。
反硝化作用是在缺氧的條件下，通過反硝化菌作用，將廢水中的亞硝酸鹽和硝酸鹽還原為氮氣，逸入大氣而達到無害化。在反硝化過程中需要消耗碳源，因此，在反硝化進行的同時，有機物也同時得到降解。反硝化反應在缺氧池進行。
為了對出水水質嚴格把關，在中沉池后加一段接觸氧化池，以進一步提高出水水質，使出水達標排放。
2 工藝方案比選
A2/O2法工藝方案在以下方面具有明顯優勢：第一，以廢水中有機物作為反硝化碳源和能源,不需要補充外加碳源。第二，廢水中的部分有機物通過反硝化去處減輕了后續好氧段負荷，減少了動力消耗。第三，反硝化產生的堿度可部分滿足硝化過程對堿度的需求，因而降低了化學藥劑的消耗。第四，SBR對自控水平要求高，其相應的管理水平較高；而A2/O2法管理較簡單，適合公司污水處理管理水平現狀。第五，A2/O2法污水處理站土建投資比SBR法略高，但其設備及自控方面的投資比SBR法低很多，相應的A2/O2法的總投資要小一些。第六，目前A2/O2法工藝在焦化廢水處理中應用較為廣泛和成熟，而SBR工藝用于焦化廢水處理的工程實例較少，對于本工程處理量35 m3/h的規模，若采用SBR工藝，存在一定技術風險。綜合以上對比分析，本文以A2/O2生化處理工藝作為推薦方案。
2 A2/O2處理機理
A2/O2處理流程包括廢水處理、焦油處理及污泥處理3部分。
3.1 廢水處理
廢水處理由3部分組成：預處理、生化處理和后處理。預處理包括除油池、氣浮池和調節池。生化處理包括厭氧反應器、缺氧池、好氧池、中沉池、接觸氧化池和二沉池。后處理包括混合反應池、混凝沉淀池和過濾器。
蒸氨廢水和經過水泵提升的無壓廢水，首先進入除油池，除去輕、重焦油后自流入氣浮池。廢水在氣浮池中除去乳化油后進入調節池，以調節水量，均化水質。經過調節池的廢水再經提升泵送至厭氧反應器，進行水解酸化反應，以提高廢水的可生化性并降解部分有機物。厭氧反應器出水進入硝化液回流池并與從中沉池出水回流的硝化液相混合，再經回流泵提升至缺氧池進行反硝化反應，將亞硝酸氮和硝酸氮還原為氮氣，并同時降解有機物。缺氧池出水進入好氧池進行脫碳和硝化反應。廢水在硝化池中首先大幅度降解有機物，然后將氨氮氧化為亞硝酸氮和硝酸氮。好氧出水進入中沉池，進行固液分離，上清液大部分回流。中沉池出水進入接觸氧化池進一步降解有機物，然后進入二沉池進行沉淀。剩余的廢水進入混合反應池，廢水與絮凝劑經過混合和反應后進入混凝沉淀池，再次進行固液分離。混凝沉淀池出水再經提升泵送至過濾器進行過濾，過濾器出水送至廠內回用。
3.2 焦油處理
除油池分離出來的重油，經過蒸汽加熱后由油泵提升至重油槽貯存。除油池輕油自流入輕油槽貯存。輕重油槽貯存的焦油及氣浮產生的油渣定期用罐車拉入廠內焦油加工工段統一進行處理。
3.3 污泥處理
污泥處理包括污泥濃縮和污泥脫水。中沉池、二沉池的剩余污泥和混凝沉淀池的污泥提升至污泥濃縮池，濃縮后的污泥經單螺桿泵提升至板框壓濾機脫水。由于污泥產量不高，所以泥餅可供鍋爐房焚燒。
