焦化废水主要由炼焦生产过程中产生的煤气冷凝水、蒸氨废水及焦化生产废水组成。受原煤性质、炼焦工艺、化工产品回收方式和季节等因素的影响，焦化废水的水质成分有显著差异，总体性质表现为氨氮、酚类及油浓度高，且含有大量苯系物、多环芳烃（PAHs）、吡啶、喹啉及氰化物、硫氰化物、硫化物等多种难降解物质，对环境构成严重污染，是一种典型的高浓度、高污染、有毒、难降解的工业废水。
焦化废水经过生化处理及后处理可达到《炼焦化学工业污染物排放标准》（GB16171—2012）表2直接排放的指标要求，但随着环保标准的逐步提高，焦化企业吨焦排水量不得大于0.4m3，吨焦取水量不得大于1.2m3，这就要求对焦化废水的处理不再局限于达标排放，而是进一步的资源化利用，以提高水的重复利用率。“双膜法”即超滤（UF）-反渗透（RO）膜组合工艺，广泛应用于废水回用领域，但存在膜污染严重、清洗频繁、回用率低、成本和运行费用较高等问题。因此，寻求一种稳定、高效、高回收率的焦化废水组合回用处理工艺，成为当下的热点。
1、工程概况及工艺流程设计
1.1 工程概况
某焦化厂于2013年投产运行，焦化废水处理站处理规模120m3/h，处理包括蒸氨废水、生产废水、生活废水、初期雨水、循环水排污水等污废水。原工艺采用“预处理+AAO+Fenton氧化”，其出水水质已经不能满足环保以及企业对于水资源化利用的要求，现新增回用水处理设施，产水要求回用到循环水系统作为补充水，浓水送洗煤厂洗煤。
1.2 设计进出水水量和水质
Fenton氧化后废水进入回用处理装置，设计处理能力120m3/h。设计进水水质：pH6~9、TDS≤5000mg/L、COD≤150mg/L、悬浮物≤70mg/L、NH3-N≤25mg/L、石油类≤0.5mg/L、硬度≤2.5mmol/L。设计出水水质：pH6~9、TDS≤1000mg/L、COD≤60mg/L、悬浮物≤10mg/L、Cl-≤250mg/L、浊度≤5NTU、钙硬度≤2.5mmol/L。设计出水水质可满足《工业循环冷却水处理设计规范》（GB50050—2017）中再生水用于间冷开式循环冷却水系统补充水的水质标准，作为厂区循环冷却水补充水使用。
1.3 水质分析
焦化废水经生化处理和Fenton氧化后，COD已大幅降低，但要确保后续膜系统的稳定运行，仍需进一步处理至COD≤60mg/L后方可进入膜系统；悬浮物经沉淀后仍不满足膜系统的进水要求，需进一步过滤去除；系统在整个流程中因加药、Fenton反应等影响，TDS（溶解性总固体）略有升高，要达到回用水标准，需选择合适的脱盐工艺，如反渗透、电渗析等；氨氮、石油类等在此阶段已基本处理完全，无需考虑其对系统的影响。
1.4 重点关注的问题
（1）高COD对产水率的影响。膜法对进水COD要求较高，反渗透装置的要求尤其严格。水溶性大分子会导致膜表面溶质浓度显著增高而形成凝胶层，难溶性物质会使膜表面溶质浓度迅速增高并超过其溶解度而形成结垢层，二者作用易在膜表面形成滤饼层。溶解性高分子有机物在膜孔表面被吸附，以及难溶性物质在膜孔中的析出等都会产生膜孔堵塞。滤饼层和膜孔堵塞都会引起膜通量的损失，造成膜污堵，降低寿命，影响产水率。
去除难降解COD主要有氧化法和吸附法。氧化法主要利用如H2O2、O3等强氧化剂将大分子有机物氧化分解，可以较为高效地去除难降解有机物。吸附法主要依靠活性炭、活性焦等吸附剂具有发达的微孔结构、巨大的比表面积和表面活性官能团等，使难降解有机物吸附在吸附剂表面，从而实现污染物的分离去除。由于后处理单元已经采用氧化的方式，后续宜采用吸附的方式去除COD。颗粒活性炭具有良好的吸附性能，与粉末活性炭相比具有机械强度高、不宜脱粉、造价低等特点。因此工艺采用颗粒活性炭进行吸附。
（2）高含盐量对回收率的影响。高含盐量会造成反渗透膜两侧的浓度差变大，膜的透盐率升高，导致其脱盐率随之降低。在反渗透过程中，系统盐度不断提高，相应的渗透压也随之增大，能耗增加，产水率降低。
本工程反渗透浓水TDS约25000mg/L，其他污染物如COD也会富集。为了进一步提高产水率，可采用耐高压、耐污堵的膜组件，如DTRO（碟管式反渗透）等；也可采用降膜蒸发的手段进一步浓缩；或采用电渗析工艺，从浓液中脱除盐分，从而降低反渗透脱盐压力，提高产水率。电渗析（ED）具有耗药量少、环境污染小以及对进水规模和含盐量适应性强、设备简单、操作方便等特点。综合比较投资、脱盐率、能耗、操作压力等因素，选择电渗析作为浓水脱盐工艺。
1.5 主体工艺确定
综合本项目水质特性和工艺选择的重难点分析，并参照国内其他焦化废水回用处理成功运行经验，确定本项目焦化废水回用处理采用“多介质过滤+活性炭吸附+超滤（UF）+反渗透（RO）+电渗析（ED）”组合工艺。前端多介质过滤器+活性炭吸附塔主要去除悬浮物和COD，减轻对后续工艺的不利影响，UF装置进一步脱除悬浮物、胶体以及其带来的COD，为反渗透装置的稳定运行提供保障。RO作为工艺核心，脱除废水中绝大多数盐分，确保产水水质、水量满足要求；ED装置作为终脱盐手段，去除反渗透浓水中大部分盐分，维持系统盐平衡，终实现系统高回收率前提下的稳定运行。
2、工艺流程及设计参数
2.1 工艺流程
焦化废水经Fenton氧化沉淀后出水用泵加压提升至多介质过滤器进行过滤，去除原水中的悬浮物，过滤后的水进入活性炭吸附塔，在吸附塔中吸附废水中难生化、难化学去除的有机污染物，多介质过滤器设有空气和水反洗装置，活性炭吸附塔设水反洗、活性炭脱水、补新碳装置。经过活性炭吸附塔处理的废水通过超滤给水泵送至超滤装置（UF），超滤装置（UF）作为反渗透进水作预处理，进一步降低废水的COD和浊度，UF产水一部分（约15%）作为配水进入回用水池，其余部分由反渗透增压泵经保安过滤器、反渗透高压泵加压送至反渗透装置（RO），RO主要脱除水中盐分，反渗透产水进入回用水池，作为循环水补充水使用。反渗透浓水进入浓水池用泵送至一级电渗析（ED1）脱盐系统，ED1产生的浓液约35%，送至煤场洗煤；ED1淡水经泵加压送至二级电渗析（ED2）系统，ED2产生的浓液循环回流至ED1进水端，ED2产生的淡水回至现有Fenton氧化装置。多介质过滤、活性炭吸附塔、UF的反洗废水排入反洗废水池
随着新时代的到来，随着社会经济的日益进步和人们生活水平的不断提高，城市生活用水量剧增，污水处理厂所需要处理的生活污水量也在增长。由于污水量的增长导致污水处理厂的有机物含量降低，磷的含量在逐渐地增高，对城市生活污水除磷研究已经成为污水处理的瓶颈。从城市生活污水中磷的来源来看，其主要来自包含排泄物、食物残渣、农药、化肥等的生活污水。若是对其中的磷处理不当的话，必然会引起水体的富营养化。因此，在现阶段对于城市生活污水的处理过程中，则需要研究除磷技术，在提升除磷效率的同时，提升生活污水处理的效率与水平。
1、城市生活污水的主要来源
1.1 日常生活排污
社会经济和城市化建设的飞速发展，改变了人们的生活条件的同时，也带来了严重的污染问题，其中污水量更是逐渐增加。在城市建设及发展的过程中，每个单位、每个家庭则是生活污水的主要排放来源，其中排泄物与洗涤物占据了污水的大部分。现阶段很多城市在基础设施配套建设方面存在着不足，尤其是排水管网的建设，在设计及管道布置上考虑的不够周全，甚至很多的城市直接将污水排放管与雨水管进行合并，这就会对水体产生污染还会对生态环境产生破坏，人们的日常饮用水就难以保障安全。
1.2 工业废水排污
城市生活污水来源之一就是工业废水排污，如：企业生产废水、循环冷却水、车间冲洗废水等都是工业废水的主要来源。由于现代化工业的快速发展，很多企业为了更好地占据市场，所选择的化生产物均含有较高的污染度。这些化工原料所带来的污染也是非常严重的，尽管这些企业带动了区域经济发展，但同时也为居民用水带来了威胁。
1.3 径流产生的污水
在雨雪天气时，所产生的地表径流也会随着建筑物、生活废料直接深入地下、流入河流，这就会对水体产生污染。这种污染具有明显的季节性，一般来说在夏秋雨季时，所产生的污水流入到湖泊、河流，都会形成水污染。
2、城市生活污水除磷技术
城市生活污水除磷就是指将污水中的磷酸盐通过多种方式转化为固体颗粒，以此来从污水中将磷排除。从这些固体颗粒来看，其属于不可溶解的磷酸盐沉淀物，或者是活性污泥中的微生物固体，亦或是人工湿地植物组分。从城市生活污水除磷技术来看，现阶段污水除磷的技术种类很多，但是除磷效果好、应用范围较广的主要为生物法和化学沉淀法。
2.1 生物除磷技术
一是聚磷菌除磷原理。生物除磷技术就是利用微生物的超量吸磷现象来实现的。从生物除磷技术的应用来看，主要为厌氧放磷、好氧吸磷。从整个生物除磷过程来看，先将污水置于厌氧环境中，通过兼性细菌发酵作用将溶解性化学需氧量准化为具有挥发性的有机酸，此时聚磷细菌会将有机酸转化为聚羟基烷基酸，同时聚磷菌会将细胞中的聚磷酸盐水解成正磷酸盐释放到细胞以外，聚磷酸以氧气作为电子受体，并通过聚-D一羟丁酸代谢产生能量，能够将生活污水中的磷酸盐过量摄取，从而形成新的细胞物质，整个过程就是好氧吸磷的过程，以此来实现污水中除磷的目的。
二是反硝化除磷菌除磷原理。近几年来，人们对城市生活污水除磷技术的研究逐渐地加深，发现了一种具有兼性的厌氧反硝化除磷细菌，其能够在厌氧的条件下对磷进行吸收。反硝化除磷菌以硝酸盐作为电子受体，在反硝化的同时完成吸磷的作用，反硝化除磷工艺就是运用这一原理来实现的，将反硝化与除磷合二为一，同时实现脱氮除磷的目的。从反硝化除磷菌除磷的过程来看，其是将反硝化与除磷这两个不同的生物过程利用一个细菌在同一过程中完成。其中聚羟基脂肪酸酯不仅是反硝化除磷菌的碳源，也是能量储存物质，具有双重的效果，可以说该种除磷原理既可以达到除磷的目的，还能够节省碳源，属于一种可持续的生活污水除磷技术。
2.2 化学除磷技术
化学除磷法是指利用可溶性的钙盐、铁盐、铝盐等与生活污水中的磷酸盐发生反应后形成不溶性的磷酸钙、磷酸铁、磷酸铝等沉淀物。从化学除磷技术的应用过程来看主要是通过化学沉淀来实现的，其包括化学沉析、絮凝、固液分离三个过程。化学沉析是指向污水中投入无机金属盐药剂，其会与生活污水中的溶解性盐类反应生成不溶性沉淀物质。随着沉析物质的增加，较小的非溶解性磷酸盐会与氢氧化物聚集成较大的非溶解性固体，使得稳定的胶体脱稳，并在扩散的过程中生成絮凝体，此即絮凝过程。在絮凝过程中部分磷酸盐会被吸附在胶体状的氢氧化物表面，并随着胶体一同沉淀下来，以此来实现除磷的效果。终絮凝体会在固液分离这个过程中实现化学除磷的目的。
一是铁盐除磷技术。在化学除磷技术中，铁盐则是使用较多的一种除磷絮凝剂，这主要是磷酸根对Fe3+水解行为的影响为明显，其可以替代与Fe3+结合的部分羟基，形成碱式磷酸铁复合络合物，以此来改变的Fe3+水解路径。在絮凝的过程中，氢氧化铁凝胶与各种铁氧化物可以吸附大量的磷酸根，溶液中会有难容络合物生成，并且具有较强的吸附作用，此时便可以利用络合物的吸附作用来实现除磷的目的。
二是镁盐除磷技术。在城市生活污水处理的过程中，在污水中投入镁盐药剂，其能够与污水中的磷酸根、氨氮等生成磷酸铵镁沉淀，经过成核阶段与生长阶段实现除磷的目的。
三是石灰除磷技术。在城市生活污水处理的过程中，石灰法除磷则是一种经济性高、操作简单、比较常用的除磷技术。在应用该技术除磷时，碳酸盐与磷酸根会与钙离子产生竞争作用，碳酸盐会阻止羟基磷酸钙的形成，在pH>8时，器就会严重影响磷酸盐的沉淀速度，可以说pH值是磷酸根沉淀过程中的重要影响因素。但是在pH=9～11时，碳酸根就会有可能与磷酸根产生协同沉淀的作用，以此来实现溶液中磷酸根浓度的降低。
