焦化废水产生于煤炭的不完全气化过程,水质成分复杂,处理过程水力停留时间长,需要消耗大量的能量,是世界上公认的高能耗、高费耗工业废水。由于人们对废水性质理解以及目标多样性的存在,生化处理工艺种类较多。而工艺的选择需考虑的因素非常多,如能量消耗、工程投资费用、运行成本、处理效率、二次污染、操作管理等。建立适用于焦化废水生化处理工艺比较和选择的评价体系和方法,可以减少决策者在方案选择中的盲目性和主观性。针对高能耗焦化废水处理过程,影响实际工程运行能耗的因素主要包括水质特性、工艺流程、运行时间、设备状况等,系统分析这些因素对运行能耗的贡献及耗能规律,构建实际焦化废水处理工程的能耗模型可为工艺的优化以及焦化废水处理工程设计提供节能依据。本文通过调查52家焦化废水厂的水质、生化处理工艺和运行情况,以COD浓度为指标将生化工艺分为低浓度和高浓度工艺两类。其中:低浓度(约3000 mg·L-1)工艺,包括AO(缺氧/好氧)、AOO(缺氧/好氧/好氧)、AAO(厌氧/缺氧/好氧)、AAOO(厌氧/缺氧/好氧/好氧)4种;高浓度(约5000 mg·L-1)工艺,包括AAO、OAO(好氧/缺氧/好氧)、OHO(好氧/水解/好氧)3种。分析焦化废水特性和工程特点,构建一套3层18指标的焦化废水生化处理工艺比选和评价模型,利用模糊层次分析法结合专家咨询和理论分析得到评价指标排序,分析工艺敏感性和可变性。模型分析表明,影响生化工艺选择的5大关键指标为:基建投资费、总氮去除率、COD去除率、污泥处理量、运行成本,其权重占总权重的54.9%;10种敏感性分析条件下,AAO和OHO分别有5和8种低、高浓度最适工艺;AAOO和OHO的可变区间分别为0.250和0.289。即低浓度下AAO为最适比例最大工艺,AAOO为最稳定工艺;高浓度下OHO为综合最优工艺。研究指出,不同选择条件下工艺综合效益差异较大,焦化废水生化处理工艺的选择需要依据准则权重的分配、工程具体情况等因素综合考虑。根据实际焦化废水处理工程通式(预处理+生物处理+深度处理),以耗能设备、处理目标和单元功能不同将焦化废水处理工程分解为气浮、废水输送、泥渣输送、鼓风曝气、混合、脱水、加药、公用8个耗能单元,分别分析各单元能耗因子,提出能耗值计算新方法(停留时间(HRT)法和24 h法),并建立模型,加权得到总能耗模型。以高浓度最优工艺——OHO流化床工艺为核心的实际工程为案例,分别用HRT和24 h法计算能耗值,与实际24 h读表电耗值比较评价模型的准确性。分析结果表明,焦化废水处理工程总运行能耗与进水水量、悬浮物总量、溶解氧、硝化液回流比、进水COD浓度、进水总氮浓度的相关性强;模型验证结果显示,HRT法与24 h法得到的能耗值与实际24 h读表能耗值呈显著线性关系,R2分别为0.93和0.97,相对误差分别为4.28%~19.18%和3.45%~8.94%,模型分析值与工程实测值吻合度比较好,模型可靠。因此,基于耗能单元系统建立的工程总能耗模型可用于预测因水质特性、工艺流程、设备条件等变化的实际工程运行总能耗,得到了建立焦化废水处理工程单元解析模型的系统性新方法。