焦化廢水作為鋼鐵行業(yè)的副產(chǎn)物，屬于劇毒性有機廢水， 按1 t焦炭產(chǎn)生約0.6 t廢水, 2015年我國焦化廢水產(chǎn)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(xiàn)出高能耗和高費耗的現(xiàn)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(tǒng)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(zhì)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(fā)展由關注處理效率模式逐漸轉向追求能效以實現(xiàn)節(jié)能減排.現(xiàn)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(diào)研, 得到實際讀表數(shù)據(jù), 然后進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析;其二是通過統(tǒng)計現(xiàn)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(shù)據(jù), 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(zhì)、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(yè)的節(jié)能減排.
1、水質(zhì)特性、工藝特點
（1）水質(zhì)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(lián)苯、三聯(lián)苯等.黃源凱等統(tǒng)計分析了國內(nèi)外74家焦化企業(yè)的焦化廢水水質(zhì), 結果顯示不同企業(yè)因原煤性質(zhì)、碳化溫度、煉焦工藝選擇的差異, 使廢水水質(zhì)差別較大, COD、TN濃度分別在946~7200、233~1499.53 mg·L-1范圍內(nèi)波動, 其余指標分布也不均勻, 濃度相差數(shù)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(zhì)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(jīng)過對焦化廢水水質(zhì)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(nèi)循環(huán)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(chuàng)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(xiàn)脫氮.工藝優(yōu)點有：①運行模式多樣化.根據(jù)原水水質(zhì)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(jié)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(tǒng)的AAO和OAO工藝有優(yōu)勢.OHO系統(tǒng)水量平衡如圖 1所示.系統(tǒng)水量大小會影響物質(zhì)流和能量流, zui終影響處理能耗.
系統(tǒng)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(tǒng)的能耗模型和工程系統(tǒng)總運行綜合能耗模型, 用實際讀表數(shù)據(jù)和水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)驗證了HRT算法和24 h算法的可靠性, 將工程系統(tǒng)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(tǒng), 然后通過8個單元系統(tǒng)能耗加權計算求得工程系統(tǒng)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(zhì)、溶解氧、硝化液回流比, 而水質(zhì)因素可以歸一化為進水COD和總氮濃度, 據(jù)此, 可以用較少的參數(shù)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(tǒng)一衡量標準;通過單元系統(tǒng)的能耗占比分析發(fā)現(xiàn), 工藝、設備與管理的耗能權重明顯下降, 指明了節(jié)能的方向和控制點主要為適合于水質(zhì)特征的工藝, 即優(yōu)化的工藝是節(jié)能的根本。
