1.3 焦化生产节水减排与废水“零排”可行性分析
1.3.1 节水减排与废水“零排”面临的问题与对策
当今焦化生产节水减排与废水处理回用和实现“零排”存在最重要的问题是焦化炼焦能力的超常发展，产能盲目扩张与产品过剩，存在不良循环与恶性市场竞争，既严重浪费资源、能源又污染环境。因此，要解决好焦化工业生产的节水减排与废水处理回用“零排”问题，首先要从产业结构和技术层次上解决超常发展及其盲目扩张、无序生产、恶化环境的势头；其次要妥善研究和解决焦化废水处理回用可行技术与可靠的循环使用及消纳途径，最终实现废水零排放。
1.3.1.1 炼焦生产与发展面临的问题
炼焦生产能力大大超过市场需求，这是造成焦化废水量大、水质失控的重要原因。“十五”“十一五”期间，由于焦炭高利润刺激资金流向炼焦行业，全国面临扩建、新建中小独立焦化厂高潮，特别是大型煤矿兴建焦化厂势头更为严重。然而，由于国内外经济形势的变化和我国工业发展的技术升级和结构调整等一系列政策出台，炼焦生产面临众多问题。
（1）我国钢铁工业对焦炭的需求不可能大量增加
根据《钢铁产业发展政策》要求，我国钢铁工业“今后发展重点是技术升级和结构调整”，“新增加的生产能力要和淘汰落后的能力相结合，原则上不再大幅度扩大钢铁生产能力”。因此，我国钢铁产能将控制在适度规模内，难以大幅度增长，但我国焦炭生产主要是供给钢铁生产，约占全国焦炭总耗量78%［2］。故对焦炭市场需求将逐渐平稳下降。
（2）我国焦炭出口量将大为削减，以及炼铁技术升级，必将大大降低对焦炭的需求量
2005年前，我国每年焦炭出口都在1500×104t左右，约占当时世界贸易总量的60%［2，3］，2010年削减为335×104t［1］。特别是近几年来国外为减少对中国焦炭的依存度，积极扩大焦炭自给率。如日、美、印度、伊朗、乌克兰等十几个国家近期已新建焦炭生产能力1200×104t以上［2］，我国焦炭出口量必将大大削弱。
随着炼铁系统大量采用大容积高炉，大力推广富氧和喷煤技术，炼铁吨焦比将逐渐减少，高炉吨铁焦炭消耗量将明显降低。据统计，2004年生产1t生铁所需的焦炭为437kg，2010年为369kg，即2010年生产1t生铁所需焦炭量比2004年减少68kg，仅钢铁行业年减少焦炭量约为4284×104t。可以预计，随着时间的推移，全国节能降耗与节资减排的严格要求，我国焦炭的需求必将大大减少。
（3）国内外经济发展状况对炼焦工业的影响
当今世界经济危机已明显持续加剧，对钢产量的需求无疑将大大缩减，对我国焦炭出口更会雪上加霜。考虑到资源约束和环境保护的压力，国内已加强对高能耗、高污染和资源性产品出口的控制。在焦炭出口问题上，我国已出台明确政策方向，控制焦炭生产总量，逐渐削减出口量和国内生产使用量。因为大量出口和使用焦炭会导致和造成：a.大量不能再生能源的流失；b.生态环境污染与破坏；c.价值物资的转移与流失；d.导致不当投资过热和重复建设。
上述表明，由于焦化产业发展存在众多问题，既浪费资源又恶化环境，必须从结构和技术层次上着手解决。
1.3.1.2 解决的途径与对策
（1）对大型煤矿兴建焦化厂的发展势头应加控制
我国的大型煤矿从发展生产、多种经营、综合利用和增加效益的角度出发，积极兴建规模较大、装备较高的焦化厂。如兖矿集团签约购买德国kaiserstuhl焦化厂二手设备，在我国首次建成7.63m超大容积焦炉，建成200×104t/a的大型焦化厂。因获得良好经济效益，在我国掀起煤矿企业建设焦化厂的热潮。开滦矿所属开滦精煤公司、淮北矿务局、神华集团、七台河煤矿、新疆大黄煤矿等也先后新建不同规模的焦化厂。这种发展趋势，必将进一步形成炼焦生产盲目扩张、产品过剩、恶性竞争与不良循环的局面。对此，必须严加控制，要规范生产经营，杜绝污水乱排乱放，保护生态环境。
（2）密切关注独立焦化企业的环境保护与节水减排
独立焦化企业是焦化工业的主体，并以中小型企业为主。据统计，由中小型焦化厂放散的焦炉煤气高达240×108m3，相当于2004年我国西气东输年输气量的2倍［2，3］。经估计，如按2010年独立焦化厂生产焦炭2.33×108t计，其外排污水量为2.3×108t以上［1］，这些废水、废气已对周围环境和水体造成严重污染，应认真实施产业结构调整，更重要的应引导中小焦化企业关注焦化废水处理回用和焦炉煤气综合利用，以实现环境与效益双赢。独立的焦化企业大多位于缺水地区和城镇边缘地带，水资源短缺严重，如采用废水回用，可有效解决持续发展水资源短缺问题。如将放散的焦炉煤气用于燃气轮机和内燃机发电，按每1m3焦炉煤气由燃气轮机可发电1.11度并副产1.0MPa饱和蒸汽4.33kg；如用内燃机可发电1.3度，一年半即可回收投资。经济、社会和环境效益十分显著。
（3）对大型钢铁企业所属焦化厂要着重技术升级，实现污水零排放
为了提高钢铁企业焦炭自给率，近年来，鞍钢、邯钢、攀钢、南钢、济钢、莱钢、链钢、本钢、凌钢、仓钢等一批大中型钢铁企业已建成40多座装备水平高的6m大型焦炉。此外，太钢、马钢、武钢和曹妃甸新厂分别引进德国7.63m超大容积焦炉［2］。近年来，我国自行开发炭化室高6.5m和7.0m的大容积顶装焦炉、炭化室高5.5m的大容积捣固焦炉。这些技术进步将有力促进我国焦炭生产进入新阶段，有力地解决了原来小型焦炉的能耗高、污染大、资源浪费严重等问题，为实现节水减排与污水“零排”提供前提和条件。
1.3.2 节水减排与废水“零排”技术途径与控制措施
总结国内外焦化工业节水减排与废水“零排”的成功经验，特别是国内节水减排与废水“零排”的技术管理与实践经验，关键是工作思路要清晰，措施要得力，要处理好从生产工艺到废水治理几个重要环节。要从改进生产工艺着手，这是焦化企业节水减排之本，是废水处理回用与零排的前提；要从主体工艺开始，力争不排或少排废水，对于非排不可的，应尽量回收利用其中有用物质，以降低废水中有毒有害物质浓度。只有在主体工艺技术上尚无可能、经济上不合理时才考虑外排废水，并进行妥善处置。但要实现“废水”零排，尚需妥善解决废水处理有序回用与消纳途径。
1.3.2.1 节水减排工作要方向明确，措施得力，思路要清晰
①要制订企业用水制度和发展规划，实现科学用水。要将企业用水指标分解到各工序、各用水岗位，建立优化用水指标系统和节水减排规定与要求。
②最大限度实现水的串级使用，实现废水处理最少量化。要建立多种水质不同循环系统，实行分级供水，不搞全厂的废水处理的大循环。建立软水密闭循环系统、净水循环系统、浊水循环系统、生活用水循环系统等，每个循环系统之间应能有衔接。这样可实现专水专用，系统布局小、管路短，处理量小，运行费用也低，既可节水减排，也可减少投资费用。
③对废水的不同特征和性质（如含油、酸、碱、有机物、有毒有害物等），采用相应的不同处理技术工艺，处理后的水按水质情况与不同工艺水质要求回用于不同生产部门。这样既减少处理量，又减少处理难度。
④要建立完善节水工作制度和指标统计体系，要有专职管理水资源的部门。该部门职责是规划用水、监督用水、节制用水和高效用水，并有具体措施和手段。例如，对各工序用水情况、产生问题与协调，要有明确的措施和有效手段，确保企业节水减排科学化和常规化。
⑤要建立用水与废水回用系统在线监测，要针对不同目标，采用不同的监测方式、手段与内容。用水仪表设施要齐全，计量要及时、到位、稳定和准确，并与惩罚制度与经济杠杆作用相结合，这是实现节约用水与节水减排的重要手段。建立净水、中水和废水处理回用不同价格机制，鼓励使用中水、废水回用，以减少新水用量。
⑥要加大加强节水减排工作力度。要依靠科技进步，提高技术创新力，要强化节水减排设备改造力度，用水设施与生产工艺节水减排要高起点、高标准、严要求。
1.3.2.2 改进生产工艺，控制污染与废水量
①大力开发和建设现代化大型焦炉。大型焦炉是焦化生产节能降耗和节水减排的基础，也是焦化行业准入条件。焦化产业结构优化是焦化生产的重中之重。
②大力开发和推广装炉煤调湿技术。焦化废水来源主要是炼焦煤中水分在煤高温干馏时随煤气经冷凝形成。该技术通常可将原煤含水率的11%调控为6%左右，可大大减少装炉煤含水率，不仅减少荒煤气含水量，更重要的显著减少荒煤气净化过程中产生的浓度高、毒性大、成分复杂的高浓度焦化废水。
③大力开发推广干熄焦技术与设备。根据宝钢多年运行实践，采用干熄焦技术设备，与湿法熄焦相比可节省96%用水，吨焦可节水0.43t［14］，节水减排极其显著。
④要充分发挥和推广应用干式除尘技术与设备。炼焦煤转运和焦炉装煤的除尘系统应尽可能采用干式除尘技术与设备，既可节约大量除尘用水，消除炼焦除尘废水，又可防止污染物二次转移，并实现煤尘资源回收利用。
1.3.2.3 要从煤气净化和产品精制等工艺着手，力争少排和不排废水
①煤气脱硫脱氰。近年来因采用新型脱硫脱氰工艺，有效地脱除煤气中的硫和氰，所回收的氰化物有的通过湿式氧化转化成为硫酸铵，有的将分离出来的酸性气体通过焚烧的方法使氰化物分解为N2，这样使煤气终冷洗涤水中所含氰化物大大减少。因此，从终冷水中回收黄血盐生产设施可取消，减少废水外排量。
②煤气终冷采用氨水闭路循环喷洒方式冷却，循环氨水吸收的煤气中热量再通过净循环冷却水间接冷却，循环氨水的排污水送入机械化氨水澄清槽，这样就基本消除了终冷水外排问题。不仅大大节约用水，而且大大减少焦化废水处理总量，并使黄氨废水中的含氰量大大降低，基本上可降低到10mg/L以下［5］。
③煤气脱萘应采用煤气初冷器喷洒焦油脱萘。电捕焦油器除萘和终冷油洗萘等除萘工艺，应把煤气终冷氨水循环洗涤的排污水送回氨水系统，这样不仅节约大量用水，而且从根本上解决了原先常出现终冷排水和大量除萘的问题。
④粗苯精制。由酸洗法改为莱托法苯加氢精制后，就消除了苯精制废水，既减少焦化废水量，又可减轻焦化废水有害浓度和处理负荷。
⑤酚精制中的酚钠盐分解，由硫酸法改为CO2法后，不仅大大地减少了硫酸钠废水排放量，而且可以回收供焦油蒸馏馏分脱酚所需的NaOH，实现了碱液的闭路循环利用。
⑥强化精制过程的工艺内部处置。由于焦化产品精制过程比较复杂，用水与废水种类较多。因此，因根据用水与废水特性，进行工艺内部处置，以实现废水回用与节水减排，如：
1）马古隆树脂生产排氟水。应利用其适合高温高压方式处理特点，作为生产装置一部分，废水经脱氟后再排放收集；
2）化产精制中众多排出酸碱废水和含油废水，应在工艺内部经过油水分离、调节、储存及酸碱中和处理后，再收集送往废水处理系统；
3）对化产精制过程中分离出来的含有机物浓度高、毒性大、可再生性差且含生物难解物质多的废水，如焦油蒸馏和酚精制过程中的一些分离水，应送往焦油蒸馏工段的燃烧炉焚烧处理，以减少高浓度难降解的有机废水的处理量；
4）对于精制工艺内部比较容易而且方便处理的废水，应优先在车间内部进行处理，以实现就近处理回用与节水减排。
1.3.2.4 要充分认识和重视氨水处理对节水减排的重要作用与意义
氨水是焦化生产过程中最多出现、数量最大、成分最复杂，最难生化处置的废水，应根据氨水特征，采用妥善处置（理）措施，以降低焦化废水处理量与难降解有害物浓度。
①氨水蒸氨。焦化废水中剩余氨水，在生化处理前应先经蒸氨回收。若不蒸氨直接送往生化处理，其剩余氨水不仅需要高倍数的稀释水，大大增加处理废水量，同时也为生化处理增加难度，增大处理设施、投资和运行管理费用。
②氨水焚烧。煤气冷凝分离出来的氨水是炼焦厂高浓度难降解废水的主要来源。对于剩余氨水产生量较少时，可采用焚烧法将其烧除，是实现焦化废水“零排”的有效途径之一。
③氨水脱酚。氨水脱酚不仅可回收酚，而且可大大降低焦化废水中COD含量，以降低废水生物处理负荷。
④废水再处理。对于化产品精制过程中排出油气冷凝水，含有机物和油类浓度一般都很高，且含有许多生物难降解的物质，直接送废水处理会给生物处理带来很大困难。近年来，是把这部分废水送到化产回收车间的氨水系统，与氨水一同处理。尽管增加了蒸氨、脱酚等处理措施，但对焦化废水生物处理而言是必需的，是为焦化废水处理回用与“零排放”提供技术基础和条件。
1.3.3 节水减排与废水“零排”可行性分析
1.3.3.1 结构优化与技术进步为节水减排和“零排”提供前提和条件
焦化生产节水减排的好坏与能否实现废水“零排”是与焦化生产结构优化、生产炉型状况和配煤与熄焦技术水平密切相关。近10年来，我国焦化工业结构升级和技术进步为节水减排工作取得显著进步与发展。
（1）结构优化升级取得实质进步
我国目前正在运行的焦炉分为顶装焦炉和捣固焦炉，依据焦炉炭化室高度分别有7.63m、7.0m、6.0m、5.5m、5.0m、4.3m、4.0m、3.3m等顶装焦炉和炭化室高6.25m、5.5m、4.3m、3.8m、3.2m等捣固焦炉。我国几种常用焦炉设计参数见表1-8［1］。“十一五”期间，我国累计淘汰炼焦落后产能11014×104t，其中土焦、改良焦基本取缔；同期新增大中型焦炉产能14061×104t，焦化产业结构优化升级取得了重大进展。符合2009年1月实施的新焦化行业准入条件的≥5.5m捣固和≥6m顶装焦炉的大型焦炉产能达到14051×104t，占全国常规焦炉总产能的31.5%。
表1-8 我国几种常用焦炉设计参数
至2012年年底，我国有焦化企业800多家，焦炉总数近3000座，年炼焦产能超过5×108t，其中钢铁企业炼焦产能占全国总产能的40%，而独立焦化厂占60%。2010年，我国生产焦炭38757×104t，占世界焦炭总产量的64.54%，其中近40%的焦炭是由大型焦炉生产的；消费焦炭38422×104t，是世界焦炭第一消费大国；出口焦炭335×104t，是世界焦炭第二出口大国 ［1］。
（2）特大型焦炉引进与自行设计情况
至2010年，我国引进国外技术建设投产7.63m超大型焦炉14座，年焦炭产能达到1520×104t，为4000～5000m3大容积高炉生产出优质焦炭。表1-9［1］所示为我国引进的7.63m焦炉投产厂家。
表1-9 我国引进的7.63m焦炉投产厂家
为适应焦化企业建设大型焦炉的需要和炼焦煤的资源情况，我国自行开发了炭化室高6.98m（通常称7m）JNX-70-2型顶装焦炉，现在已投产近20座。为适应国内外严格控制焦炉烟道废气中NOx量的要求，我国又开发了炭化室高6.98m（通常称7m）多段加热的JNX3-70-1型和JNX3-70-2型顶装焦炉，使燃烧过程基本在供氧不足的情况下进行，减少NOx的生成，现已投产和在建近20座。我国自行开发的JNX-70型焦炉主要技术参数参见表1-10［1］。
表1-10 我国自行开发JNX-70型焦炉主要技术参数
7m焦炉的开发基本替代了从国外引进的7.63m超大型焦炉，不仅为国家节省大量外汇，而且使我国大型焦炉的技术装备达到了世界先进水平。
（3）炼焦新技术的发展与应用
①煤调湿技术 “十一五”期间，我国煤调湿技术从无到有，经历了科研开发、设计建设、开工调试、稳定生产的全过程。我国自行开发了以焦炉烟道废气为热源，采用气流调湿分级一体化、全沸腾风选调湿机、振动流化床风选等技术的多种煤调湿装置，并先后在济钢、昆明、马鞍山、邯郸和鞍山鲅鱼圈等焦化厂投产或设计建设。我国自行设计的以低压蒸汽为热源、采用国产多管回转式干燥机的煤调湿装置先后在宝钢、太钢和攀钢等焦化厂投产。
②捣固炼焦技术 中国煤炭资源虽比较丰富，但以动力煤为主，而炼焦煤资源较少，强黏结性的主焦煤、肥煤资源更少，这大大促进了能多用低变质程度、高挥发分炼焦煤的捣固炼焦技术的发展。从21世纪开始，我国先后投产了4.3m、5.5m和6.25m捣固焦炉，共300多座，现在年产能已超过1.5×108t。但我国95%的捣固焦炉产能是建在独立焦化厂，钢铁企业焦化厂很少。主要原因是：捣固焦炉寿命、稳定生产和装煤烟尘治理均不如顶装焦炉。然而，由于我国强黏结性煤的供应越来越紧张，强黏结性煤与弱黏结性煤的差价越来越大，我国钢铁企业开始接受和采用捣固炼焦工艺，如攀钢、涟钢和昆钢焦化厂先后投产5.5m捣固焦炉。目前，一些中型钢铁公司也在设计或建设捣固焦炉。
现在≥6m顶装和≥5.5m捣固大型焦炉占我国新建焦炉总数的80%以上，已成为新建炼焦产能的主体炉型，焦化技术与装备水平稳步提高。
③优化配煤与多用弱黏结性煤技术 捣固炼焦、干熄焦、煤调湿和预粉碎等技术的采用大大优化了配煤，多用弱黏结性煤而节省优质炼焦煤，或者改善焦炭质量，从而满足了我国大型高炉对低灰分、高强度优质焦炭的需求。
（4）干熄焦技术与设备
“十一五”期间，我国实现了干熄焦技术与设备的国产化，我国干熄焦得以广泛推广和普及。现在我国可以为任何规模的焦炉组建经济合理地配套建设从65～260t/h各种能力的干熄焦装置，而且，在世界上首次为捣固焦炉配置了干熄焦装置。我国干熄焦的操作运行和管理已达到世界先进水平。至2010年底，我国已投产和在建的干熄焦装置159套，干熄焦炭能力为15877×104t，占炼铁消费焦炭量的57.4%。钢铁企业焦炉干熄焦普及率已达到83%。采用高温高压锅炉干熄焦装置的比例已上升至30%以上，我国干熄焦能力已位居世界第一位［1］。
新建的湿熄焦装置均采用低水分熄焦技术，部分老湿熄焦装置也改造成低水分熄焦装置，大大减少和降低焦化废水生产量和废水处理量。
（5）清洁生产与综合利用技术
备煤筛焦除尘、焦炉装煤推焦除尘、焦化污水生化处理、焦炉煤气脱硫等环保措施得到广泛普及和推广，60%焦化厂基本实现了清洁生产。脱硫脱氰效率高、产品质量好、操作可靠的真空碳酸钾法脱硫工艺已实现国产化，并予以推广；HPF法氧化脱硫工艺的废液提盐技术也逐步采用；我国焦炉煤气净化技术水平大大提高。焦炉煤气由燃烧、发电的燃料化利用向制甲醇、合成氨、制甲烷的资源化利用拓展。焦炉煤气制甲醇的产能已突破900×104t/a，已占全国甲醇总产能的1/5［1］。
综上所述，我国焦化工业炼焦技术与清洁生产能力与水平已显著提高，为焦化生产节水减排和废水“零排”奠定基础和条件。
1.3.3.2 新规定、新国标对焦化工业节水减排与废水“零排”提出严格规定与要求
我国《焦化行业准入条件（2014年修订）》（国家发改委2014年14号公告），以及《清洁生产标准 炼焦行业》（HJ/T 126—2003）、《炼焦化学工业污染物排放标准》（GB 16171—2012）、《焦化废水治理工程技术规范》（HJ 2022—2012）的公布实施，对焦化工业节水减排与废水处理回用与“零排放”提出明确规定与要求。
（1）《焦化行业准入条件》的有关规定与要求［21］
①严格规定在公路干道两旁、主要河流两岸、居民聚集区、风景保护区、旅游区、文化遗产保护区、水源保护区、生态保护区等不得建设焦化生产企业，已有企业要通过搬迁、转产等方式逐步退出。
②新建或改扩建焦炉，要采用先进配煤工艺与设备，焦炉煤气必须全部回收利用，原则上要同步配套建设干熄焦装备。
③生化废水处理工艺与设备要先进可靠。做到酚氰废水处理后厂内回用；熄焦废水实现循环回用，不得外排。
④吨焦耗新水≤3.5m3；吨焦耗电量≤35kW·h；水循环利用率≥85%。
（2）《清洁生产标准 炼焦行业》的有关规定与要求［22］
①总体规定与要求 要不断采取改进设计、使用清洁的能源、采用先进的工艺技术与设备、改善管理、综合利用等措施，从源头削减污染，提高资源利用率，减少或避免生产、服务和产品使用过程中污染产生和排放，以减轻和消除对人类健康和环境的危害。
②指标分级与要求
1）指标分级。按清洁生产分为：一级为国际清洁生产先进水平；二级为国内清洁生产先进水平；三级为国内清洁生产基本水平。
2）指标要求。从生产工艺与装备要求、资源与能源利用指标、产品指标、污染物产生指标、废物回收利用指标、环境管理要求6个方面分别指出明确和规定指标要求。例如：吨焦耗新水量一级为2.5m3；二、三级为3.5m3。水循环利用率一级为≥95%、二级为≥85%、三级为≥75%。
（3）《炼焦化学工业污染物排放标准》的规定与要求［23］
①首次明确规定现有焦化企业、新建焦化企业或在特别保护地区（如国土开发密度较高、环境承载能力减弱、水环境容量较小、生存环境脆弱和容易发生重大水环境污染等）的焦化企业必须分别执行污染物排放限值及单位产品基准排水量。
②限定现有焦化企业必须在2015年1月1日之前进行生产技术改造和提高废水处理技术水平，达到新建企业规定的水污染排放限值。
③水污染物排放限值要求严格。例如新建企业直接排放与间接排放的CODCr、BOD5和氨氮分别为80mg/L、20mg/L、10mg/L；150mg/L、30mg/L、25mg/L。特别保护地区分别为40mg/L、10mg/L、5mg/L；80mg/L、20mg/L、10mg/L。
④废水经过处理后用于洗煤、熄焦和高炉冲渣等水质，其中pH、SS、CODCr、氨氮、挥发酚和氰化物均达到6～9mg/L、70mg/L、150mg/L、25mg/L、0.50mg/L、0.20mg/L等规定要求。
（4）焦化废水治理工程技术规范的规定与要求［24］
①焦化废水治理应从优化焦化工艺入手，实现焦化废水减量化和资源化。其处理系统应为废水预处理、生化处理、后处理、深度处理。并应做好对二次污染物控制以及化学分析与仪表监控等。确保废水资源化与达标回用。
②焦化废水处理工艺选择应能脱除废水中的所含油类、挥发酚、氰化物、硫氰化物和氨氰等，且不产生二次污染和污染物转移。
③焦化废水处理应遵循“物化+生化+净化”治理技术路线。其中废水生化处理应包含“缺氧反硝化/好氧硝化” 基础脱氮工艺。如：a. A/O（缺氧/好氧）活性污泥法；b. A/O（缺氧/好氧）生物膜/活性污泥法；c. A2/O（厌氧/缺氧/好氧）生物膜/生物膜/活性污泥法等生物脱氮工艺流程。
④废水深度处理的目的是实现废水处理高度回用与“零排”。应脱除净化后废水中所含的无机盐（包括其中的氯离子），可作为循环冷却水的补充水。
该规范的实施，标志着焦化工业要执行非常严格的废水处理与排放标准。将有一批生产工艺与装备比较落后，环境状况较差，废水难以达标与回用的企业被淘汰或关停并转。因此生产废水作为非传统资源进行高效利用，实现废水回用与“零排”，是焦化工业发展的必然趋势。
1.3.3.3 实现节水减排与“零排”的技术进步与实践
为了杜绝焦化废水的危害性和对环境的严重影响，国家发展与改革委员会2014年14号公告《焦化行业准入条件（2014年修订）》中明确规定“焦化废水经处理后做到内部循环使用”，“不得外排”［21］。这一重要决策使焦化行业生存受到巨大挑战。面对这一严峻形势，焦化企业必须面对并充分认识到：
1）焦化废水的危害问题必须解决，这不仅是焦化企业自身的责任，更是不可推卸的社会义务。
2）焦化废水不再是一个处理和达标排放的问题，而是寻求如何循环使用和妥善解决出路的问题。
3）对焦化废水处理不仅要关注实现循环使用处理技术的先进性，更要关注废水循环使用和消纳途径的科学、合理与安全性。不得产生污染物转移和危害的问题。
为了贯彻落实《焦化行业准入条件》和废水处理循环使用的要求，国家有关部门进行焦化工业节水减排科技攻关和回用技术深化研究与集成，已在生产实践中取得重大成效和实践经验。
（1）源头控制与严格控制吨焦废水产生量
严格控制吨焦废水产生量及其水质，这是焦化废水实现有效处理最重要的前提和条件。
①上海宝钢焦化厂通过加强用水分析管理，制订节水目标，组织全厂范围内用水系统的水平衡测试工作，掌握全厂用水量分布和节水减排控制重点，对用水量较大的进行重点分析，细化单元用水、排水情况，有针对性地提出节水减排措施。
②山东某焦化厂实行“分质供水、分级处理，温度对口，梯级利用，小半径循环，分区闭路”的用水方式的控制，实现最大限度地减少用水量与废水产生量。
③山西某焦化厂为实现严格控制焦化废水产生量，对其废水来源、废水特征与水质水量进行严格分析与测定，并进行焦化废水理论产生量的试验与计量，最终提出吨焦废水产生量为0.343t。其中，炼焦、熄焦排出的剩余氨水约占总废水量的50%，化产回收及精制过程中工艺介质的分离水约占总废水量的25%，其他废水占25%。该吨焦废水产生量与欧盟4国11座焦化厂的吨焦废水量的0.3～0.4t，也与理论计算吨焦废水量为0.25～0.30t相当接近［25］。
④为了节约水资源，促进节水减排，GB 16171—2012“炼焦化学工业污染物排放标准”明确规定：对湿法熄焦要采用低水分和稳定熄焦工艺，增加了熄焦耗水量控制指标；为了控制熄焦过程对环境的影响，对熄焦水质提出控制与限值的要求；为了控制焦化废水处理站进水氨氮浓度，确保焦化废水处理效果，对蒸氨塔出水氨氮浓度提出限值规定，并增设废水处理设施排出口的监控项目［26］。其目标就是从源头上采取措施减少焦化生产废水量和降低废水水质，确保焦化污水有效处理的重要前提和条件。
（2）实现焦化废水循环回用的技术支撑与实践
解决焦化废水的有毒有害的关键是对其进行降解和有效处理的技术支撑，使其达到和满足废水回用与消纳途径的标准与要求。为此，近10多年来，焦化工业科技人员和生产企业进行不懈努力，联合攻关、技术集成与开发实践。
①山东莱芜某焦化厂实现焦化废水循环利用的实践 2002年该焦化厂提出焦化废水处理回用与“零排”的思路，按照治污先治源的原则，针对废水生化处理系统进水含氨浓度高的特点进行蒸氨系统改造，具体实施方案采取除油、再加热、再脱氨三大核心技术。总体要求是力争内部消化，把焦化废水消纳在生产工艺过程中，即将经过处理后的废水用于熄焦用水，在全国率先实现了焦化废水零排放［26，27］。
随着该厂干熄焦技术装备投入使用，湿法熄焦生产越来越少，用于熄焦废水大大降低，必须寻求新的消纳途径。2005年前后又探讨焦化废水用于烧结厂的烧结矿配料用水研究。为落实技术方案的可行性，进行了混合配料焚烧试验，对烧结过程烟气状况、烧结矿化学成分、筛分组成等对比试验，试验对比结果表明，用焦化废水配烧结矿料是可行的，对烧结矿组成与其他化学指标几乎无影响［25］。之后，该厂又对焦化废水处理回用提出了更高的要求：一是用于高炉冲渣，二是用于补充内部循环冷却水，因此选择生化法和三相强氧化法的综合深度处理工艺，主要过程包括预处理、生化处理、催化氧化等处理系统以及污泥处置等。其中生化处理设有厌氧塔、缺氧塔、一段好氧塔、二段好氧塔等。处理后污泥与废水分离采用MBR（膜生物反应器）工艺；催化氧化采用三相强氧化技术，由三相氧化塔、二氧化氯发生器等单元构成。三相强氧化技术是废水处理实现回用关键，是使废水达到无色、无味、无毒的技术保证。运行成本约10.41元/t水［28］。
②邯钢新区焦化厂实现废水回用的研究与实践 邯钢新区焦化厂为了落实“焦化行业准入条件”，满足废水内部循环使用要求，对新区320m3/h的焦化废水进行三级处理。即预处理段采用隔油沉淀+气浮工艺去除废水中大部分悬浮物、油及S2-；生化处理段采用A/O工艺去除废水中的酚、氰、氨氮、COD等有机污染物；深度处理段采用混凝沉淀+BAF（曝气生物滤池）工艺进一步去除废水中的COD，进一步改善出水水质，实现废水循环回用或达标排放［29］。
③“物化+生化+无机+有机复合膜”的焦化废水综合处理工艺 牛世芳、段存福等人在总结咨询中冶集团建筑研究总院环保院、山东大学环境学院、同济大学环境学院等10余家科研与企业单位的基础上，经研究开发提出“物化+生化+无机+有机复合膜”的焦化废水综合处理工艺。经处理后的出水可稳定达到企业回用水的要求，其水质的主要指标，如SS、BOD5、COD以及总硬度、总碱度均优于“再生水用于冷却用水的水质标准”［30］。
④水煤浆技术在焦化污水中的应用实践 水煤浆是一种浆体新燃料，可代替重油在工业锅炉、电站锅炉、工业窑炉上作为燃料使用，水煤浆是由30%～35%水、70%～65%煤和1%添加剂混合而成。为了解决焦化废水对水体和生活环境的危害，变废为宝，化害为利，辽宁科技大学和鞍山热能院联合推出利用水煤浆技术处理焦化废水的可行性研究。经研究与应用实践表明，该技术只要配置和处理得当，可从根本上解决焦化废水污染问题，实现废水零排放，可满足工业燃料燃烧要求。且焦化厂的废弃物——酸焦油可作为水煤浆添加剂，可降低水煤浆制浆成本，减轻焦化厂对酸焦油处理负担［31］。
1.3.3.4 实现焦化废水“零排”的消纳途径与需要解决的问题
（1）焦化废水回用与“零排”存在的问题
尽管焦化废水经处理后得到充分回用要求，但仍有部分废水需外排。以100×104t/a焦化厂为例，焦化综合废水量约45m3/h，通常要实现GB 16171—2012规定处理排放标准，生化处理过程中须加稀释水，生化处理规模达100m3/h，工程总投资约2000万元，生化装置工程投资约1400万元，运行成本约5元/m3（废水）［32，33］。对于湿法熄焦工艺，熄焦补充水约60m3/h，仍有40m3/h处理后废水外排。如果生化处理不加稀释水，处理后废水COD在150～250mg/L，其他指标一般可满足出水指标要求，可以全部用于熄焦补充水等用途，而生化反应池、二沉池、供排水与回流系统均可大大减小，既可减少投资、占地、降低运行成本，又可达到废水零排放。
随着环境保护要求严格规定，焦化生产结构与技术升级，各大、中型焦化企业逐步开始采用干法湿焦，解决焦化厂环境污染源问题。焦化废水处理回用于熄焦补充水已不可能，要实现废水“零排”，必须寻求新的出路。
焦化废水处理回用零排受到企业性质、处理工艺等众多因素的影响和限制。由于焦化废水成分复杂，有毒有害有机物较多，即使处理到GB 1671—2012达标排放，但对环境的危害也大于其他废水，因此对焦化废水厂内回用或消纳途径，必须认真重视下列问题［34］。
①生产工艺自身问题 焦化废水具有严重的腐蚀性。因此要考虑并重视对设备的影响；焦化废水中复杂成分对产品质量的影响。
②环境影响问题 焦化废水易产生环境影响，因此要特别重视避免在焦化废水回用工序或消纳途径过程中污染物转移或产生二次污染，不得将污染物转移到大气、循环用水系统、周围土壤和水体中。
③人体健康问题 要密切关注焦化废水回用工序或消纳途径周围的环境、岗位人员、周边人员的健康问题与保护措施。例如焦化废水用于熄焦，其周围环境非常恶劣，岗位人员的健康保护，应有妥善的措施。
（2）焦化废水处理回用与“零排”消纳途径
综合分析焦化工业供水用水特征与水质要求，参考现有企业应用实例，国内外焦化废水处理技术与发展状况，其回用与“零排”消纳途径为：对于湿法熄焦的焦化厂，可以用作熄焦补充水；对于钢铁联合企业，处理后焦化废水可用于转炉除尘系统补充水和高炉冲渣，泡渣水，烧结配料水，原料场洒水等；对于有洗煤的焦化厂，可以用于洗煤循环系统补充水和煤场洒水；对于石化行业可将大量的生化处理后废水再经深度处理后用于净循环用水系统补充水以及用于制备水煤浆等，具体内容与要求如下所述［35～38］。
①湿法熄焦补充水 在炼焦生产过程中，由碳化室推出的赤热焦炭在熄焦塔内用熄焦循环水将其熄灭。湿法熄焦装置由熄焦塔、泵房、粉焦沉淀池及粉焦抓斗等组成。熄焦水由水泵直接送至熄焦塔喷洒水管，熄焦用水量一般约为2m3/t （焦） ，熄焦时间90～120s。熄焦后废水经沉淀池将粉胶沉淀后，继续使用，熄焦过程中约20%的水被蒸发。
因此，在用湿法熄焦时，由于熄焦过程要损失约20%的水分，必须进行熄焦补水。处理后的焦化废水经适当处理后回用熄焦是焦化废水较好的一种处置方法。但因焦化废水中氨氮对熄焦车、泵、管道的腐蚀问题，一直使焦化废水的熄焦回用受到限制。随着焦化废水脱氮处理技术的发展，焦化废水对熄焦设备、管道等腐蚀的问题已逐渐被解决，因此，目前采用湿法熄焦的焦化企业将焦化废水作为熄焦回用水的比例将越来越多。但是，干法熄焦技术必将替代湿法熄焦，这一发展趋势迫使焦化废水必须寻求新的高效处理技术与消纳途径。
②洗煤循环水补充水与煤场洒水
1）洗煤循环水补充水。洗煤的过程就是根据煤的原始成分含量洗出不同标号煤的过程。原煤经过洗选成为精煤，供工业生产选用。洗煤过程耗水量大，且水质要求较低，经洗选煤后的废水含有极高悬浮物，需经处理，沉淀分离等再循环利用。由于洗煤用水量与水损失率都较大，必须补充水。因此，选用处理后焦化废水作为洗煤厂浊循环水系统的补充水是经济、合理的。
2）煤场洒水。煤进入焦化生产之前堆放于煤场，在大气环流-风的作用下必将引起扬尘，对周边的大气环境产生一定的粉尘污染。水喷洒抑尘是一种有效的处理方法。若采用新水进行抑尘处理，不但浪费了水资源，也不符合国家循环经济的产业政策；若将处理后的焦化废水用于抑尘，既避免了废水向周围水体的排放，也保护了大气环境和水环境。因此，煤场喷洒可以认为是焦化废水的一种较好的综合利用处置方法。
③钢铁联合企业的消纳途径
钢铁企业是我国焦炭生产最主要的用户，约占全国焦炭生产量的78%。因此，我国钢铁企业大都设有焦化厂，特别是钢铁联合企业。因此，钢铁企业如能实现焦化废水零排放，则可实现50%以上我国焦化废水零排放的问题。其消纳途径主要为以下几点。
1）转炉除尘浊环用水系统补充水。转炉除尘水是用来对转炉烟气降温和除尘的。转炉除尘，一般采用两级文丘里洗涤器。绝大部分烟尘通过第一级文丘里洗涤器去除，所余烟气再进入第二级文丘里洗涤器。钢铁转炉除尘水系统具有用水水质要求低、水质容量大的特点，是生化处理后焦化废水较为合理的回用去向。
钢铁企业转炉除尘用水经过一、二级文丘里洗涤器对烟气降温和除尘后，虽经过处理后可进行循环利用，但必然有一部分损失。目前许多企业直接采用新水进行补充，增加了生产新水用量。焦化废水经处理后可达到工业循环冷却回用水指标，采用处理后焦化废水作为钢铁转炉除尘循环系统补充水，可以节约新水用量，使焦化废水得到合理处置，实现水资源的再利用。
2）高炉冲渣、泡渣。处理熔融渣的方法是水淬处理，分为泡渣和冲渣两种。
a.泡渣。熔融渣用罐渣车运至远离高炉的水渣池，直接倾入池水中，熔融渣经水淬生成水渣。水渣池为混凝土构筑物，池中水深5～8m。吊车将水渣捞出，置于池中的堆渣场，脱水后装车运出。水渣池内的水分蒸发和被水渣带出，需经常补充用水。泡渣法省水省电，是焦化废水良好的消纳途径。
b.冲渣。在炉前用喷嘴喷射水流冲击熔渣，将高炉渣水淬。这种方法虽然比泡渣使用的水电较多，但可不用渣罐车，高炉生产不受渣调运的影响，减轻了厂内铁路运输荷载，有利于生产。因此，高炉熔渣广泛地采用冲渣法水淬。
在高炉冲渣、泡渣过程中，因高温蒸发及捞渣外运都损失大量的水分，如采用新水进行高炉冲渣、泡渣，将使企业的新水用量大幅度增加，浪费水资源，增加产品的生产成本。焦化废水经后处理后，水质可满足高炉冲渣、泡渣要求，将处理后焦化废水回用于冲渣、泡渣的循环用水系统中，是钢铁联合企业节约新水用量、实现水资源循环利用、减少废水外排、保护环境的重要途径之一。
3）烧结配料与原料场喷洒用水。
a.烧结配料。将焦化废水用于烧结配料用水，利用烧结工序中高温氧化的环境，将有机物经碳化后转化为CO2和水，实现无毒化处理，是一较好的消纳途径。
b.用于原料场洒水。为了避免原料场物料因风吹雨流损失，大型原料厂采用洒水加药使表层固化措施。其特点是用水量较大。焦化废水中污染物以液体喷洒，大气转移极微；进入原料的焦化污染物将由烧结、炼铁等高温有氧工序中氧化分解成无害物质。但需要注意喷洒水流失的收集与循环回用的问题。
④曝气池消泡用水 目前，绝大多数焦化企业均采用生物法进行焦化废水处理。在生化处理过程中，经常遇到曝气池水泡过多的现象，有时气泡会溢出曝气池，造成曝气池中活性污泥的流失和工作条件的恶化。为了避免这种现象的发生，常常需要进行消泡处理。曝气池消泡的方法主要有2种：一种是向曝气池中加入一定量的油脂类物质，改变气泡的表面张力，使其破裂，达到消泡的目的；另一种方法是向曝气池中喷加细流水，压破气泡来进行消泡。在曝气池中加油脂类物质进行消泡，不但增加了处理成本，而且使废水中的COD指标增加，增加了废水处理的难度，因此一般不提倡采用该方法进行曝气池消泡。在焦化废水处理过程中，如果利用处理后的焦化废水进行消泡，不但避免了用油脂类物质消泡所带来的问题，还可以增强活性污泥抗冲击负荷的能力，有利于废水中的COD得到更好的降解，以保证生化出水的水质。因此，采用焦化废水处理后废水回用于曝气池消泡用水是适宜的。
⑤石化行业用于循环水补充水 目前，石化行业已将大量的生化处理后废水经深度处理后回用于循环水系统。为防止工艺冷却设备、管道结垢、腐蚀和菌藻类生长，保证冷却器效果和循环水系统的正常运行，对净循环水水质有较严格要求，而对循环水补充水水质要求则更严。为确保焦化废水作为净循环水补充水水质，必须对生化处理后的废水进行深度处理。深度处理工艺宜采用混凝沉淀、过滤、臭氧氧化、活性炭过滤和膜处理等技术工艺。
⑥焦化废水制备水煤浆 水煤浆是一种新燃料，由水、煤和添加剂按一定比例组合而成。研究结果表明，制备出的水煤浆通过燃烧能将其中有毒有害有机物变成COD。当焦化废水浓度稀释倍数为3.3～3.5之间时，制备出的水煤浆的稳定性、流动性、燃烧性能都很好。该技术既解决焦化废水对环境的严重危害，又解决处理的高成本难题，社会、环境和经济显著效益［39，40］。