2.1 焦化工业节水减排的技术思路与新理念
2.1.1 清洁生产是实现节水减排的前提和条件
焦化工业是重点污染企业，在炼焦及其副产品回收过程中产生大量的高浓度含氨氮和芳香族类有机物的废水和众多含尘与SO2等废气废渣，对环境污染与危害极大。因此，焦化工业必须按清洁生产规定与要求，从源头削减污染，实现节水减排。
2.1.1.1 清洁生产主要内容与途径
焦化工业有机污染物是来自原材料和生产转化中产生的废弃物，其综合治理首先应从污染物来源入手，通过对生产原料配比与优选、生产工艺和设备的选用与改进、强化生产过程的操作与管理等手段实现清洁生产运行，从而达到减少污染物外排，而后要精心选择、对比、优化选用切实可行的外排污染物有效治理工艺，这是焦化企业实现持续发展和污染物“零排”的可靠保证。
（1）清洁生产主要内容
清洁生产是指原料与物源利用率最高、废物产生量和排放量最低，对环境危害最小的生产过程与方式。
清洁生产是一种新的创新思想。该思想是将整体预防的环境战略持续应用于生产过程、产品与服务过程中，增强生产效率和减少人类对环境的风险。其措施为：
对生产过程，要求节约原材料和能源，淘汰有毒原材料，减少所有废物的数量和毒性；
对产品，要求减少从原材料提炼到产品最终处置的全生命周期的不利影响；
对服务，要求将环境因素纳入设计和所提供的服务中去。
亦即，清洁生产包括清洁生产过程、清洁产品和服务三个方面。对生产过程而言，它要求采用的生产工艺与生产技术设备应能提高资源、能源利用率，通过资源、能源削减和废物回收利用以减少和降低所有废物的数量和毒性。对产品和服务而言，它要求对产品的全生命周期实行全过程管理控制。不仅要考虑产品的生产工艺、生产的操作管理、有毒原材料替代、节约能源与资源，还要考虑产品生产与配方设计、包装与消费方式，直至废弃后的资源回收利用等环节，并且要将环境因素纳入到设计和所提供服务中去，从而实现社会、经济与环境协调发展。
（2）清洁生产的主要途径
清洁生产是贯穿于设计、生产与消费的全过程，是综合规划设计、生产技术与科学管理等融于一体的复杂过程。它因产品种类和生产过程特性不同而异，但实现清洁生产的主要途径是相同的。
①规划产品方案，改进产品设计，调整产品结构 对产品整个生命周期进行环境影响评价，即对产品从设计、生产、流通、消费和使用后的各阶段进行环境影响分析。对那些在生产过程中物耗大、能耗高、污染严重、使用时和使用后严重危害生态环境的产品进行更新设计，调整产品结构。
②合理使用原材料 开发和选用无害或少害的原材料，以替代有毒有害的原材料；采用精料替代粗制原料，以减少产品质量问题，提高产品合格率，减少污染物排放；定量控制原料的添加量，提高原材料（转化为产品）的转化率，减少原材料流失和消耗；对原料充分进行综合利用，对流失的原料进行循环利用和重复利用。
对原材料的合理选用，可显著降低生产成本，提高经济效益，减少废弃物和污染物的排放量。
③改革工艺与设备 通过改革工艺与设备，可提高生产能力，更有效地利用原材料，减少产品不合格率，降低原材料费用和废物处理、处置费用，给企业带来明显的经济效益和环境效益。
改革工艺与设备的主要途径为：革新局部的关键设备，选用先进、高效设备；改变生产线与设备布局，建立连续、闭路生产流程，减少生产运转过程中的原材料流失和产品，提高原材料转化率，减少污染物排放量；更新工艺，实现自动控制，优化工艺操作条件，提高原材料的利用率和减少污染物的产生量。
④加强生产管理 经验表明，通过强化生产全过程管理，可使污染物产生量削减40%左右，而花费却很小。加强管理是一项投资少而成效大、实现清洁生产的有效措施。
强化生产全过程管理主要包括：安装必要的监测仪表，加强计量监督；建立环保审计制度、考核制度和环保岗位责任制；加强设备的维护、检修，减少跑、冒、滴、漏；实行对原材料和产品的合理储存、妥善保管和安全运输，减少损耗和流失；加强职工环保培训，建立奖惩制度等。
2.1.1.2 清洁生产的技术规定与要求
根据炼焦行业清洁生产标准HJ/T 126—2003的规定其要求分为［22］以下几点。
（1）生产工艺与装备
生产工艺与装备分为备煤、炼焦和煤气净化3大部分。
①备煤 分为精煤储存、输送、破碎和配煤方式等均提出明确规定。如对精煤破碎必须配备除尘设施，除尘效率≥95%；配煤要实现自动化；输送要采用带式且封闭机罩。
②炼焦 从装煤、炭化、加热、荒煤气放散、出焦、熄焦、焦炭筛分、转运，以及炼焦过程中炭化室要求，加热系统控制、焦炉机械、上升管压力控制、炉温控制与出焦过程按生产规模和不同级别要求（一级为国际先进、二级为国内先进、三级为基本水平）分别进行严格规定。如装煤除尘与捕集效率一级为≥99%和≥93%；二级为≥95%和≥93%；三级要求高压氨水喷射无烟装煤等。
③煤气净化 包括煤气初冷、脱硫、脱氰、洗氨、洗苯、洗萘等工序以及蒸氨、初苯蒸馏、酚氰废水处理与能源利用均提出明确要求。如蒸氨后废水中氨氮浓度≤200mg/L；净化工序中使用的水与蒸汽要配备设施实现梯级利用。
（2）资源与能源利用
对吨焦耗新水量、耗蒸汽量、耗电量以及工序能耗、焦炉煤气利用率与水循环利用率均有明确指标与规定。如吨焦耗新水量一级为≤2.5m3/t；二级、三级为≤3.5m3/t。水循环利用率一级≥95%，二级为≥85%，三级为≥75%［22］。
（3）污染物产生量与废物回收利用
明确规定对酚氰废水处理回用，熄焦废水闭路循环使用；剩余污泥送入煤场或配入炼焦用煤；炼焦过程产生各种废渣、杂泥与粉尘全部回收利用。
（4）环境管理
强化生产全过程管理主要包括建立环境审计与审核、考核制度与环保岗位责任制；安装监测（控）仪表、加强设备维护、检修，减少跑、冒、滴、漏；强化环境管理，明确管理机构、制度、计划与污染监测、事故和应急安全处制等。
总之，从节水减排而言，清洁生产是从源头显著减少污染物排放量，从源头削减用水量和废水量与废水中有毒有害的物质浓度，显著降低末端处理废水量与处理难度，为废水处理回用与实现“零排”提供可靠保证。
2.1.2 循环经济核心原理是实现节水减排与“零排”的基本原则
2.1.2.1 循环经济核心原理是节水减排的废水“零排”的理想基础
循环经济本质上是一种生态经济，是将生态平衡理论与经济学相结合，按照“减量化、再利用、再循环”原则，运用系统工程原理与方法论，实现经济发展过程中物质和能量循环利用的一种新型经济组织形式。它以环境友好的方式，利用自然资源和环境容量来发展经济、保护环境。通过提高资源利用效率、环境效益和发展质量，实现经济活动的生态化，达到经济、社会与环境效益的双赢。其特征是自然资源的低投入、高利用和废弃物低排放，形成资源节约型、环境友好型的经济与社会的和谐发展，从根本上消除长期存在的环境与发展之间尖锐对立的局面。
清洁生产要求实现可持续发展，即经济发展要考虑自然生态环境的长期承受能力，既使环境与资源能满足经济发展需要，又能满足人民生活需求和后代人类的未来需求，同时环境保护也要充分考虑经济发展阶段中的经济支撑能力，采取积极可行的环保对策，配合和推进经济发展历程。这种新环境策略要求改变传统的环境管理模式，实行预防污染政策，从污染后被动处理转变为主动、积极进行预防规划，走经济与环境可持续发展的道路［41，42］。
从上述分析表明，清洁生产既是一种防治污染的手段，更是一种全新的生产模式，其目的是为了达到节能、降耗、减污、增效的统一；循环经济是一种新型经济组织形式，是按照自然生态系统的模式把经济活动组织成一个“资源—产品—再生资源”的物质反复循环流动过程的组织形式，是为了达到从根本上消除环境与发展长期存在的对立；可持续发展是经济社会发展的一项新战略，其核心问题是实现经济社会和人口、资源、环境的协调发展，三者是一脉相通的，其最终目标是实现经济活动的生态化、环境友好化、资源节约化，达到经济社会与环境效益的统一。据此原则和理念，我国焦化工业节水减排工作应注入新的理念，其研究工作重点应按废水生态化的要求进行技术延伸与完善。
减量化、再利用、再循环（即3R原则）既是循环经济的核心原则，也是实现焦化企业节水减排和废水“零排放”的基本原则。
（1）减量化
减量化原则是属于源头控制，是实现循环经济和焦化工业节水减排的首要原则，它体现当今环境保护的发展趋势，其目的是最大限度地减少进入生产和消费环节中的物质量。就焦化工业而言，首先应提高和改善生产工艺先进水平，使吨焦用水量最小化，如采用低水分熄焦、干熄焦、煤调湿炼焦、特大型焦炉炼焦等可大大减少热能和水的消耗量。目前国内大多数焦化企业都采用湿法净化煤气，既消耗大量用水，又易产生二次污染，若用干法除尘净化可实现节水与“零排放”。
焦化工业用水系统极其复杂，应从源头对水资源的利用力求统筹设计与规划，实施串级用水、按质供水、一水多用与循环利用的措施，力求降低新水用量，削减吨焦用水与外排废水量。
（2）再利用
再利用原则是属于过程控制，其目的是提高资源利用率，将可利用资源最大限度地进行有效利用。对焦化工业而言，应积极有效利用水资源和多渠道开发利用非传统水资源配备，以解决焦化废水中处理难题，这也是我国近几年研究开发解决焦化废水处理回用与“零排”，以及焦化企业节水减排的水资源利用新模式、新观念、新途径。
①雨水再利用 雨水利用是一项传统技术，许多国家已将雨水资源化作为城市生态用水的组成部分。雨水作为一种免费水资源，只需少量投资就可作为一种水资源进行再利用。事实上雨水经简单处理后就可以达到杂用水的水质标准，可直接用于焦化厂的原料场、车间地坪洒水、绿化、道路以及废水处理稀释水和对水质无严格要求的用户。这不仅缓解水资源供需矛盾，还可减少企业的雨水排水工程支出，缓解城市与企业的雨、污水处理工程负荷。这种新理念、新途径已在HJ 2022—2012《焦化废水治理工程技术规范》中明确规定［24］。
②生活污水再利用 生活污水处理利用已很成熟，其处理费用一般是工业废水处理费的一半以下。从生活污水水质而言，经妥善处理不仅可达到直接冲渣和冲洗地平和杂用水水质要求，并可作为深度脱盐处理制取工业新水、纯水、软化水、脱盐水的水源。另外，将生活污水作为焦化废水稀释水，既解决焦化废水生化处理时所需的有机物，特别是氮、磷营养物，又可改善水质，减少氮、磷营养物投加量，实现经济与处理效率双赢。
③再循环 再循环原则是末端控制，是把废物作为二次资源并加以利用，以期减少末端处理负荷。
对焦化企业而言，首先应实现企业内部水资源的循环利用。企业工业废水、生活废水和雨水经净化处理后，再作为补充水用于各个生产工序的水循环系统，既可大幅度提高水的重复利用率，减少取（用）水量和废水排放量，又可减轻处理设施压力，保证正常用水。例如，国内某些大型焦化企业各生产工序均设置循环水系统，充分发挥废水、废气冷却与净化水回用功效，最大限度地节约用水与节水减排。如国内不少企业根据生产对水质要求不同，实行工业水、过滤水、软水与纯水4个供水系统。这4个系统的主要用途是将后者循环系统排污水作为前者循环系统的补充水。这种多系统串接排污循环使用，最终实现无排放；或将最终排污水作为焦化废水稀释用水，经生化和深度处理又回用于循环冷却系统的补充水，最终实现零排放。
2.1.2.2 废水生态化原理是节水减排与废水“零排”的技术依据与主要途径
生态工业学是可持续发展的科学，它要求人们尽可能优化物质-能源的整个循环系统，从原料制成的材料、零部件、产品，直到最后的废弃，各个环节都要尽可能优化。对焦化工业系统而言，其生态化的核心就是物质和能源的循环，不向外排放废弃物。为了从根本上解决焦化工业废水对水环境的污染与生态破坏，必须把整套循环用水技术引入生产工艺全过程，使废水和污染物都实现循环利用。焦化企业把生产过程中排出的废水及其污染物作为资源加以回收，并实现循环利用，其实是模拟自然生态的无废料生产过程。尽量采用无废工艺和无废技术是为了使这个系统不超过负荷，能正常良好运转，而工艺的自动化在一定的程度上可以起到系统的调控机能。
水循环经济就是把清洁生产与废水利用和节水减排融为一体的经济，建立在水资源不断循环利用基础上的经济发展模式，按自然生态系统模式，组成一个资源—产品—再生资源的水资源反复循环流动的过程，实现废水最少量化与最大的循环利用。即对焦化企业用水进行废水减量化、无害化与资源化的模式研究过程［42，43］。
“分质供水—串级用水”—水多用的使用模式；“废水—无害化—资源化”的回用模式；“综合废水—净化—回用”的循环利用模式。
这个最优化循环经济过程称之为焦化工业废水生态化，它是节约水资源，保护水环境最有效的举措。因此，最少量化、资源化、无害化的生态化用水技术必将成为控制焦化工业水污染的最佳选择，并将越来越受到人们的重视，是我国乃至世界焦化工业水污染的综合防治技术今后发展的必然趋势，也是当今世界最为热门的研究课题［42，43］。