焦化廢水作為鋼鐵行業的副產物，屬于劇毒性有機廢水， 按1 t焦炭產生約0.6 t廢水, 2015年我國焦化廢水產量達2.93億噸, 占全國廢水總量的1.32%.其中, 由于廢水中高濃度的酚類等對生物反應的抑制作用, 使焦化廢水的處理比生活污水要困難很多, 需要較長的水力停留時間降解難降解有機物, 從而造成了焦化廢水的處理表現出高能耗和高費耗的現象.其中, 以OAO工藝為核心的武漢某焦化廢水處理廠處理焦化廢水噸水費用高達約43 CNY·m-3, 是以2007年價格水平下我國污水處理費用1.0~2.0 CNY·m-3的10倍以上, 是2008年用傳統活性污泥法處理生活污水并達到回用標準費用的5~8倍, 表明廢水處理工程運行中的能量消耗與水量和水質相關.能耗在未來污水處理廠運行費用中所占的比重會越來越大, 逐漸成為新建污水處理廠工藝選擇的主要考慮因素。
水處理技術的發展由關注處理效率模式逐漸轉向追求能效以實現節能減排.現有的污、廢水處理工程能耗研究主要有兩種類型：其一是通過對大量的廢水處理工程進行調研, 得到實際讀表數據, 然后進行數據統計分析;其二是通過統計現場安裝設備的總裝機功率, 結合設備利用率, 獲得能耗估算值.這兩種類型雖然能粗略得到能耗數據, 但難以準確評估工藝各個部分的能耗水平, 缺乏與廢水水質、運行操作等因素的結合.目前為止, 針對焦化廢水處理工程能耗的研究仍處于空白階段, 非常不利于了解焦化廢水處理耗能原因與整個行業的節能減排.
1、水質特性、工藝特點
（1）水質特性
焦化廢水來源于煉焦過程，廢水中含有豐富的無機物和有機物，如氨氮、硫化物和酚類化合物和苯類化合物、吡啶、咔唑、聯苯、三聯苯等.黃源凱等統計分析了國內外74家焦化企業的焦化廢水水質, 結果顯示不同企業因原煤性質、碳化溫度、煉焦工藝選擇的差異, 使廢水水質差別較大, COD、TN濃度分別在946~7200、233~1499.53 mg·L-1范圍內波動, 其余指標分布也不均勻, 濃度相差數倍至10倍;目前普遍認為, 焦化廢水BOD/COD均值約為0.30, 屬可生化處理廢水, 但由于首段厭氧對焦化廢水COD去除有限, 而好氧能夠去除廢水中大部分有機物的性質決定了焦化廢水處理過程的高耗能.
（2）工藝特點
焦化廢水處理普遍采用以生化處理為核心, 物化與生化處理相結合的工藝, 關鍵在于生化處理工藝的不同.本課題組經過對焦化廢水水質及處理工藝十余年的研究, 提出OHO流化床生物處理工藝.該工藝的反應器核心是基于污泥原位分離的內循環好氧生物三相流化床;O1作為除碳和氨化單元, 去除水中絕大部分的有機污染物并且轉化含氮化合物為氨分子;部分剩余難降解大分子有機物進入水解池H, 通過水解酸化作用提高殘余有機污染物的可生化性, 為O2進一步降解有機污染物創造條件;HO組合成一個的生物脫氮單元, 通過強制硝化反硝化, 實現脫氮.工藝優點有：①運行模式多樣化.根據原水水質和操作條件的不同, 概括為氨化-反硝化-全程硝化, 全程硝化-反硝化-全程硝化, 短程硝化-反硝化-全程硝化, 短程硝化-厭氧氨氧化-全程硝化等;②節省占地面積.OHO流化床工藝省去二沉池, 在工程的前期投資、占地面積和運行費用上都比傳統的AAO和OAO工藝有優勢.OHO系統水量平衡如圖 1所示.系統水量大小會影響物質流和能量流, zui終影響處理能耗.
系統性地分析了以OHO流化床為核心工藝的實際工程, 得到了基于能耗設備、處理目標和單元功能分類下各單元系統的能耗模型和工程系統總運行綜合能耗模型, 用實際讀表數據和水質監測數據驗證了HRT算法和24 h算法的可靠性, 將工程系統分解為氣浮、廢水輸送、泥渣輸送、鼓風曝氣、混合、脫水、加藥以及公用的8個耗能單元系統, 然后通過8個單元系統能耗加權計算求得工程系統總運行能耗.
焦化廢水處理工程的運行能耗主要影響因素為水量、污泥量、水質、溶解氧、硝化液回流比, 而水質因素可以歸一化為進水COD和總氮濃度, 據此, 可以用較少的參數快速核算已建、估算未建焦化廢水處理工程的能耗;在24 h算法和HRT法模型法當中, *使用HRT算法作為焦化廢水處理工程不同工藝能耗比較的統一衡量標準;通過單元系統的能耗占比分析發現, 工藝、設備與管理的耗能權重明顯下降, 指明了節能的方向和控制點主要為適合于水質特征的工藝, 即優化的工藝是節能的根本。
