焦化废水属于典型的工业有机废水,表现出有机负荷高、营养元素失衡、普遍存在毒性效应和氮素与盐分多态化等特征。对其采用以生物法为核心的处理技术不能实现污染物的完全去除,生物出水中普遍存在150~200 mg/L的COD。因此,对焦化废水原水预处理过程进行研究以减轻生物系统负荷,以及对生物出水残余COD组分进行剖析来反演生物系统性能和指导深度处理技术选择,对提高整个废水处理系统的效率、满足日益严格的排放标准甚至实现零污/零液排放和降低废水处理工程运行费用至关重要。基于以上考虑,本论文的主要研究内容和结果如下:(1)针对高浓度、多相、多组分共存的焦化废水原水,从物相分离、产品分离和毒性污染物转化三个层面,分析了重力沉降、蒸氨/脱酚、混凝/气浮、臭氧氧化预处理技术对废水中特征污染物的分离去除。研究发现:经过90 min重力沉降,56.05%的悬浮物和46.54%的油分得到分离;将初始pH=10.0的废水蒸氨50 min后,在pH=9.0、T=30oC、R=1:4、n=3的条件下采用磷酸三丁酯-30%煤油进行萃取脱酚,氨氮和苯酚的去除率分别为69.85%和76.02%;随后,在FeSO4投加量为1500 mg/L、初始pH=9.0的混凝/气浮反应中,硫化物以及氰化物的去除率分别为89.93%和60.68%;在臭氧浓度为14±1 mg/L,初始pH=10.0,反应时间为80 min的臭氧氧化反应中,硫化物和氰化物的去除率分别达到94.92%和91.05%。(2)针对低浓度高氯特征的焦化废水生物出水,通过硫酸汞与水样预先充分混合以有效地掩蔽氯离子在COD测定中的干扰;采用Box-Behnken实验设计(RSM-BBD)获取混凝、吸附处理出水COD和TOC的二次模型。研究表明:拟合模型中一次项因素C(吸附过程溶液pH)、交叉项因素AB(混凝过程的溶液pH和混凝剂用量)和二次项因素A2(混凝过程溶液pH)对处理出水COD和TOC值的曲面效应明显;模型的方差分析、显著性检验以及验证实验结果表明在实验范围内拟合模型可靠有效,预测处理出水最低COD、TOC分别为13.58 mg/L和2.88 mg/L,对应的实验条件为:混凝过程pH=7.0,混凝剂PFS投加量为800 mg/L,吸附过程pH=2.0。(3)在优化混凝、吸附操作条件以及建立低浓度高氯特征废水COD测定方法的基础上,构建“膜分离→混凝→吸附→臭氧氧化”的焦化废水生物出水COD梯度分离方法,以生物出水“趋零”为目标,完成基于残余物有序分离的COD分质,采用树脂吸附、分子量/粒径物理截留方法结合紫外可见光谱、荧光光谱技术对各梯度处理出水进行分级表征。结果表明:焦化废水生物出水中残余物对COD的贡献从大到小依次为悬浮颗粒物(34.11%)>小分子有机物(30.69%)>胶体(25.75%)>难降解有机物(3.59%)>还原性无机物(3.25%)>残余易氧化有机物(2.61%);粒径小于2 nm的组分贡献的COD、TOC、UV254和SUVA分别为34.11%、55.78%、56.57%以及89.92%;不同亲疏水性组分的TOC、UV254、SUVA分布特征均为疏水中性组分(HON)>疏水酸性组分(HOA)>疏水碱性组分(HOB)>亲水性组分(HIS);废水水中荧光基团以产生于煤干馏或者煤裂解过程的外源性碳源(类腐殖酸、类富里酸)为主,且集中在HON中,而生物出水中不同粒径组分的三维荧光光谱没有实质性的差异。上述研究结果表明焦化废水的预处理要综合考虑相分离、产品分离和有毒物质转化的有效性与经济性,生物出水的深度处理应优先考虑去除对COD贡献较高的悬浮物和胶体,重点关注产生于煤干馏、裂解过程中粒径小于2 nm的疏水性物质,避免对以氯离子为代表的环境无害COD组分的盲目削减。