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(huì)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(zhǎng)期超標(biāo)排放對(duì)環(huán)境危害極大，因此需要對(duì)其進(jìn)行有效處理以減少對(duì)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(shí)需要進(jìn)行稀釋，而且這類工藝對(duì)一些難降解物質(zhì)的處理需要較長(zhǎng)的水力停留時(shí)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(jí)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(duì)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(gè)反應(yīng)器組成，每個(gè)反應(yīng)器中均填裝自行設(shè)計(jì)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(duì)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?dú)舛鴮?shí)現(xiàn)徹底脫氮，同時(shí)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(yàn)工藝流程及裝置

設(shè)計(jì)廢水處理量為100 L/d 的試驗(yàn)裝置，試驗(yàn)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(gè)反應(yīng)器串聯(lián)，其體積分別為80、80、100 L，每個(gè)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(gè)反應(yīng)器進(jìn)入下一個(gè)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(dòng)泵自動(dòng)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(shí)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(dòng)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(shí)間為3 h，氣水比控制在(20~40)∶1。

1.2 試驗(yàn)原水水質(zhì)

試驗(yàn)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(xiàng)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(xiàng)目單位均為 mg/L 。

1.3 分析項(xiàng)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(jì)。

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(shí)，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(cè)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。