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，長期超標排放對環(huán)境危害極大，因此需要對其進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，當用來處理高濃度的煤氣化廢水時需要進行稀釋，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到《污水綜合排放標準》(GB 8978—1996)二級排放標準。本研究將自行開發(fā)的OAO生物膜技術和常溫常壓催化氧化技術結(jié)合現(xiàn)有的混凝氣浮預處理，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 生物膜技術由好氧1(O1)、缺氧(A)、好氧2(O2)3 個反應器組成，每個反應器中均填裝自行設計的組合生物填料，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，好氧反應器底部安裝了微孔曝氣管。O1 反應器中的廢水在好氧微生物的作用下，其中的易降解有機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 反應器的COD 負荷，減少對A 反應器中的反硝化菌及O2 反應器中硝化菌的沖擊，保障O2 反應器中硝化反應的順利進行。A 反應器則可利用O2 反應器回流混合液中的NO2--N 和NO3--N 進行反硝化，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一步降解難降解的有機物作為反硝化反應的碳源。O2 反應器中主要是硝化反應，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是在反應器內(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物氧化成CO2、H2O 等無害成分，達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 三個反應器串聯(lián)，其體積分別為80、80、100 L，每個反應器內(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器進入下一個反應器，O1、O2 反應器下均設微孔曝氣管，由電磁空氣泵進行曝氣; 常溫常壓催化氧化反應器體積為15 L，內(nèi)部填裝5 kg 自制的固體催化劑，下設空氣曝氣盤，由電磁空氣泵進行曝氣?；炷龤飧∠到y(tǒng)為間歇運行，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)水溶液進行混凝反應。

OAO 反應器每天進水量為100 L/d，系統(tǒng)連續(xù)進水，總水力停留時間為42 h。O1、O2 反應器中的溶解氧控制在2~4 mg/L，A 反應器的溶解氧控制在0.5 mg/L 以下，中間水池2 到A 反應器的回流比為(1~3)∶1。通過自動加入碳酸鈉溶液調(diào)節(jié)O2 反應器的pH 在7.5~8.0。各反應器內(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器每天進水量為100 L/d，反應器連續(xù)進水，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)

項目CODNH 3 -N油硫化物揮發(fā)酚SSpH

數(shù)值4 850~5 100600~690150~210240~3001 100~1 500260~3008.3~8.9

注：除 pH 外，各項目單位均為 mg/L 。

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 反應器中生物膜的培養(yǎng)馴化

首先在O1、A、O2 各反應器中以某焦化廠廢水處理車間的活性污泥為菌種進行接種，然后進混凝氣浮系統(tǒng)處理后廢水進行曝氣掛膜24 h，之后排出反應器內(nèi)底部的剩余污泥，開始連續(xù)進入經(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，反應器的進水量也是從30L/d 逐步增加到100 L/d 。當進水量達到100 L/d 時，需要進行硝化液的回流，從而完成缺氧反應器中反硝化菌的培養(yǎng)。每天監(jiān)測各反應器的廢水處理數(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充，保證微生物的正常代謝。