煤氣化是清潔、高效的煤炭利用方式，但煤氣化工藝過程卻會產(chǎn)生大量的高污染煤氣化廢水，其廢水中含有多種污染物質(zhì)，如酚、氰、氨氮和數(shù)種脂肪族以及芳香族化合物等，其中很多物質(zhì)難以生物降解或帶有生物毒性，長期超標(biāo)排放對環(huán)境危害極大，因此需要對其進(jìn)行有效處理以減少對環(huán)境的污染。

目前常用的煤氣化廢水處理工藝一般由預(yù)處理（如混凝、隔油、氣浮、調(diào)節(jié)等）、生物處理、深度處理（如混凝、吸附、過濾、過膜等）等組成。其中生物處理部分主要采用A/O 和A2/O 工藝，但A/O 和A2/O工藝要求入水COD 較低，當(dāng)用來處理高濃度的煤氣化廢水時需要進(jìn)行稀釋，而且這類工藝對一些難降解物質(zhì)的處理需要較長的水力停留時間，且處理后的出水仍難達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）二級排放標(biāo)準(zhǔn)。本研究將自行開發(fā)的OAO生物膜技術(shù)和常溫常壓催化氧化技術(shù)結(jié)合現(xiàn)有的混凝氣浮預(yù)處理，組成了新型組合工藝，用其處理高濃度煤氣化廢水，考察了該工藝對高濃度煤氣化廢水的處理效果。

組合工藝中的OAO 生物膜技術(shù)由好氧1（O1）、缺氧（A）、好氧2（O2）3 個反應(yīng)器組成，每個反應(yīng)器中均填裝自行設(shè)計的組合生物填料，生物填料是由改性的塊狀聚氨酯和聚丙烯外部支撐材料組合而成，好氧反應(yīng)器底部安裝了微孔曝氣管。O1 反應(yīng)器中的廢水在好氧微生物的作用下，其中的易降解有機(jī)物被降解為二氧化碳和水，大部分的COD 及有毒物質(zhì)，如硫化物、硫氰酸根等被去除，將有利于減輕O2 反應(yīng)器的COD 負(fù)荷，減少對A 反應(yīng)器中的反硝化菌及O2 反應(yīng)器中硝化菌的沖擊，保障O2 反應(yīng)器中硝化反應(yīng)的順利進(jìn)行。A 反應(yīng)器則可利用O2 反應(yīng)器回流混合液中的NO2--N 和NO3--N 進(jìn)行反硝化，將硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮氣而實現(xiàn)徹底脫氮，同時通過酸化水解進(jìn)一步降解難降解的有機(jī)物作為反硝化反應(yīng)的碳源。O2 反應(yīng)器中主要是硝化反應(yīng)，在這一過程中將NH3-N 轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮并去除一部分COD。

常溫常壓催化氧化技術(shù)是在反應(yīng)器內(nèi)填裝自主研發(fā)的固體催化劑，直接用空氣作為氧化劑，在常溫常壓下，直接將廢水中的難生物降解有機(jī)物氧化成CO2、H2O 等無害成分，達(dá)到廢水的深度處理效果，其中的固體催化劑是由載體（活性炭、分子篩、氧化鋁等）負(fù)載催化劑Fe、Cu、Mn、Ni、Co、Zn 等金屬制成。

1 材料與方法
 
1.1 試驗工藝流程及裝置
 
設(shè)計廢水處理量為100 L/d 的試驗裝置，試驗工藝流程見圖 1。

 工藝中所有反應(yīng)器均由PVC 管材定制加工。其中，增壓溶氣混凝氣浮系統(tǒng)在專業(yè)的氣浮設(shè)備生產(chǎn)廠家定制加工，水處理量為100 L/h；OAO 生物膜系統(tǒng)中O1、A、O2 三個反應(yīng)器串聯(lián)，其體積分別為80、80、100 L，每個反應(yīng)器內(nèi)填裝60%體積的組合生物填料，廢水通過溢流方式從上一個反應(yīng)器進(jìn)入下一個反應(yīng)器，O1、O2 反應(yīng)器下均設(shè)微孔曝氣管，由電磁空氣泵進(jìn)行曝氣； 常溫常壓催化氧化反應(yīng)器體積為15 L，內(nèi)部填裝5 kg 自制的固體催化劑，下設(shè)空氣曝氣盤，由電磁空氣泵進(jìn)行曝氣。混凝氣浮系統(tǒng)為間歇運(yùn)行，出水在中間水池1中備用。用蠕動泵自動加入100~150 mg/L 聚合氯化鋁（PAC）和2~5 mg/L 聚丙烯酰胺（PAM）水溶液進(jìn)行混凝反應(yīng)。

OAO 反應(yīng)器每天進(jìn)水量為100 L/d，系統(tǒng)連續(xù)進(jìn)水，總水力停留時間為42 h。O1、O2 反應(yīng)器中的溶解氧控制在2~4 mg/L，A 反應(yīng)器的溶解氧控制在0.5 mg/L 以下，中間水池2 到A 反應(yīng)器的回流比為（1~3）∶1。通過自動加入碳酸鈉溶液調(diào)節(jié)O2 反應(yīng)器的pH 在7.5~8.0。各反應(yīng)器內(nèi)安裝電加熱棒使溫度控制在25~30 ℃。

常溫常壓催化氧化反應(yīng)器每天進(jìn)水量為100 L/d，反應(yīng)器連續(xù)進(jìn)水，水力停留時間為3 h，氣水比控制在（20~40）∶1。

1.2 試驗原水水質(zhì)
 
試驗所用的煤氣化廢水取自某公司的煤氣化生產(chǎn)所產(chǎn)生的綜合廢水，具體原水水質(zhì)見表 1。

表 1 原水水質(zhì)

1.3 分析項目和方法
 
COD： 重鉻酸鉀法；NH3-N： 納氏試劑光度法；油：紅外分光光度法；揮發(fā)酚：4-氨基安替比林直接光度法；SS： 重量法；NO3--N： 紫外分光光度法；NO2--N：N -（1 - 萘基） - 乙二胺光度法〔5〕；pH：pHG5052 型酸度計。

1.4 OAO 反應(yīng)器中生物膜的培養(yǎng)馴化
 
首先在O1、A、O2 各反應(yīng)器中以某焦化廠廢水處理車間的活性污泥為菌種進(jìn)行接種，然后進(jìn)混凝氣浮系統(tǒng)處理后廢水進(jìn)行曝氣掛膜24 h，之后排出反應(yīng)器內(nèi)底部的剩余污泥，開始連續(xù)進(jìn)入經(jīng)混凝氣浮處理后的廢水和生活污水（取自該公司的食堂排污水，BOD 約為300~500 mg/L）的混合液，廢水和生活污水的初始混合比例為1∶1，然后逐步增大廢水的比例，直至完全是廢水，反應(yīng)器的進(jìn)水量也是從30L/d 逐步增加到100 L/d 。當(dāng)進(jìn)水量達(dá)到100 L/d 時，需要進(jìn)行硝化液的回流，從而完成缺氧反應(yīng)器中反硝化菌的培養(yǎng)。每天監(jiān)測各反應(yīng)器的廢水處理數(shù)據(jù)（包括COD、NH3-N、pH 等） 及載體上生物掛膜的狀況。另外，由于煤氣化廢水中含磷較少，需要加入一定的磷酸鹽做為磷源的補(bǔ)充，保證微生物的正常代謝。

按照上述的培養(yǎng)馴化方法對反應(yīng)器內(nèi)的生物載體進(jìn)行掛膜，連續(xù)進(jìn)水8 d 后，每天的進(jìn)水量達(dá)到100 L，可以在生物載體上面觀察到一層薄膜，O1 的COD 去除率達(dá)到80%以上，O2 的NH3-N 去除率達(dá)到80%以上，表明生物在載體上掛膜已基本完成，開啟硝化液回流泵進(jìn)一步培養(yǎng)馴化缺氧反應(yīng)器中的反硝化菌。

2 結(jié)果與討論
 
2.1 混凝氣浮系統(tǒng)的運(yùn)行效果
 
原水經(jīng)過混凝氣浮系統(tǒng)后，油和SS 去除率均為80%以上，達(dá)到了設(shè)計的試驗效果，優(yōu)化了廢水的可生化性，為下一步的生物處理創(chuàng)造了條件。

2.2 OAO 生物膜系統(tǒng)對混凝氣浮出水的處理效果在OAO
 
反應(yīng)器生物膜培養(yǎng)完成后，系統(tǒng)開始連續(xù)進(jìn)水，在兩個月的連續(xù)運(yùn)行中，每天對各反應(yīng)器的出水進(jìn)行水質(zhì)分析監(jiān)測，OAO 生物膜系統(tǒng)進(jìn)出水COD 和NH3-N 隨時間的變化如圖 2 所示。圖 2 OAO 生物膜系統(tǒng)進(jìn)出水COD、NH3-N 的變化由圖 2 可以看出，OAO 生物膜系統(tǒng)對高濃度煤氣化廢水COD 和NH3-N 的去除率很高，且運(yùn)行效果穩(wěn)定。

 對OAO 生物膜系統(tǒng)各反應(yīng)器的監(jiān)測見表 2。

由表 2 可以看出，在O1 反應(yīng)器內(nèi)主要降解了大部分的COD 和小部分的NH3-N，反應(yīng)器內(nèi)填料的COD 有機(jī)負(fù)荷高達(dá)7 kg/（m3·d），說明該生物載體的生物負(fù)載量較高，對煤氣化廢水處理效果較好。在A 反應(yīng)器內(nèi)降解了小部分的COD，但對NH3-N沒有去除效果，通過對O2 出水的硝態(tài)氮的測定，在出水中還含有180 mg/L 左右的NO3--N 和10 mg/L左右的NO2--N，說明A 反應(yīng)器內(nèi)已經(jīng)生長有反硝化細(xì)菌，在其作用下去除了部分的硝態(tài)氮，但還有剩余的硝態(tài)氮沒有被反硝化而脫除，造成的原因可能是反硝化的有機(jī)碳源不足。在O2 反應(yīng)器內(nèi)主要完成了硝化作用，使得氨氮基本被去除，另外也降解了一部分COD，這部分COD 的降解可能是由于缺氧過程中對煤氣化廢水難降解物質(zhì)起到了酸化水解的作用，使得一部分物質(zhì)又可以被生物降解，也可能是由于O2 反應(yīng)器內(nèi)培養(yǎng)馴化出了一些特殊的降解菌完成了難降解物質(zhì)的代謝，還可能是O1 出水中還有生物易降解的物質(zhì)，這些需要進(jìn)一步試驗來證實。雖然有些試驗結(jié)果還需要進(jìn)一步的試驗研究，但是通過上面的試驗數(shù)據(jù)已經(jīng)表明OAO 生物膜系統(tǒng)對煤氣化廢水具有著較好的處理效果，而且反應(yīng)器啟動快且運(yùn)行穩(wěn)定。

2.3 常溫常壓催化氧化對煤氣化廢水的深度處理效果
 
以O(shè)AO 生物處理系統(tǒng)的出水做為深度處理的進(jìn)水，其COD 在180~250 mg/L ，經(jīng)催化氧化反應(yīng)器處理后，出水COD 在45~90 mg/L，其他指標(biāo)也達(dá)到國家一級排放標(biāo)準(zhǔn)。試驗表明催化氧化做為煤氣化廢水的一種深度處理技術(shù)，出水水質(zhì)穩(wěn)定。在反應(yīng)器連續(xù)運(yùn)行2 個月以后，出水COD≥100 mg/L，此時說明固體催化劑的性能下降，需要進(jìn)行再生。將固體催化劑進(jìn)行300~400 ℃的高溫焙燒再生，之后重新裝填到反應(yīng)器內(nèi)運(yùn)行，廢水處理效果恢復(fù)，出水COD＜100 mg/L。

3 結(jié)論
 
采用混凝氣浮+OAO 生物膜+常溫常壓催化氧化組合工藝處理高濃度煤氣化廢水，試驗表明該組合工藝對高濃度煤氣化廢水有著較好的處理效果，出水可達(dá)到國家一級排放標(biāo)準(zhǔn)，而且在兩個月的連續(xù)運(yùn)行期間，處理效果穩(wěn)定，可做進(jìn)一步的中試放大研究以及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

（1）增壓溶氣混凝氣浮是一個較成熟的廢水預(yù)處理技術(shù)，它對煤氣化廢水的預(yù)處理效果較好，可以很好地去除一些油類和懸浮物，為后續(xù)的生物處理提供一個良好的水質(zhì)環(huán)境。具體參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

（2）OAO 生物膜系統(tǒng)在試驗中具有較高的COD和NH3-N 的去除率，分別達(dá)到了95%和98%，對煤氣化廢水的凈化起到了關(guān)鍵性的作用，而且在運(yùn)行期間處理效果穩(wěn)定。在反應(yīng)器中應(yīng)用自行設(shè)計的組合生物填料是廢水處理效果穩(wěn)定的根本，它表現(xiàn)出了生物掛膜速度快、生物負(fù)載量大、生物固定效果好、產(chǎn)生的剩余污泥很少等優(yōu)點。下一步將進(jìn)行更深入的研究，比如優(yōu)化各反應(yīng)器的水力停留時間，研究短程硝化的試驗條件，減少能耗和提高硝化、反硝化效率，培養(yǎng)篩選高效降解菌，優(yōu)化反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)等，以進(jìn)一步完善OAO 生物處理系統(tǒng)，提高對煤氣化廢水的處理效率，降低運(yùn)行成本。

（3）常溫常壓催化氧化技術(shù)是一項較新的廢水深度處理技術(shù)，應(yīng)用于對煤氣化廢水的深度處理表現(xiàn)出了較好的處理效果，使出水水質(zhì)更加穩(wěn)定，達(dá)到了國家一級排放標(biāo)準(zhǔn)。隨著對其催化劑制備工藝、再生工藝和反應(yīng)器設(shè)計等方面的不斷研究，會使它成為一項成熟的廢水深度處理技術(shù)。