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1t焦炭產(chǎn)生約0.6t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對生物反應(yīng)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O(shè)AO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(biāo)準(zhǔn)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(guān).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(shù)的發(fā)展由關(guān)注處理效率模式逐漸轉(zhuǎn)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(shè)備的總裝機功率, 結(jié)合設(shè)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(zhǔn)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(jié)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。
本研究擬建立基于國內(nèi)外實際焦化廢水處理工程通式(預(yù)處理+生物處理+深度處理)下的不同耗能單元模型加權(quán)的總運行能耗模型, 該模型能夠提供與水質(zhì)、水量相關(guān)聯(lián), 能反映當(dāng)前工藝流程、設(shè)備水平、管理能力的廢水處理能耗的響應(yīng)數(shù)據(jù)。主要內(nèi)容包括：
（1）以O(shè)HO流化床工藝為核心的實際焦化廢水處理工程為案例, 根據(jù)耗能設(shè)備、處理目標(biāo)和單元功能不同將整個處理工程進行耗能單元系統(tǒng)分解, 通過分析各單元系統(tǒng)耗能原理, 用實際工程參數(shù)優(yōu)化, 得到各單元系統(tǒng)能耗估算模型;
（2）將各個單元系統(tǒng)模型加權(quán)得出工程系統(tǒng)總運行能耗模型, 然后分別采用HRT法和24 h法模型對實際工程運行數(shù)據(jù)計算能耗值與實際工程24h讀表電耗值比較評價模型預(yù)測的準(zhǔn)確性, 得到兩種計算方法下各單元系統(tǒng)的能耗值、能耗分布規(guī)律以及水質(zhì)、水量對噸水電耗和能耗分布的影響.研究目標(biāo)為單元系統(tǒng)和工程系統(tǒng)之間的耗能建立數(shù)學(xué)描述關(guān)系, 有助于考察能耗構(gòu)成及其對歸一化的能耗指標(biāo)的貢獻, 為廢水處理工程尋找節(jié)能降耗控制節(jié)點提供依據(jù)。
系統(tǒng)性地分析了以O(shè)HO流化床為核心工藝的實際工程, 得到了基于能耗設(shè)備、處理目標(biāo)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(fēng)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(quán)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(dāng)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(biāo)準(zhǔn);通過單元系統(tǒng)的能耗占比分析發(fā)現(xiàn), 工藝、設(shè)備與管理的耗能權(quán)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。
