煤气废水在不同生化环境中的处理

一１１ ６ ５．
制作用的 要是苯酚和甲 Ｄｒ ｒ等（ ９） 主 酚。 ｙｂ ｅｇ １ 研 ｏ ９ ５ 究表明， 苯酚的５为３ ｍ Ｌ一 酚的５为１ 。 ． 留 ０甲 ７ ， 。 ． ３ ｍ Ｌｓ为１ ％ 岁 ，Ｃ ０ 抑制硝化作用的 毒物浓度，见。 可 －
甲酚和苯酚的抑制性很强阅 。由此可知厌氧预处理 对后续好氧硝化意义不大， 因为该段对 。 甲酚不能 一 去除， 对苯酚的去除也有限。所以， 好氧处理过程在 毒性废水处理领域中应起主导作用，这与煤气废水 的实验结果是相吻合的。 然而， 要得到较好的出水水 质， 增加生物处理的功效，也必须考虑厌氧段的作 用， 问题是这些作用如何能更好地发挥利用。 本实验首次采取了好氧一 厌氧一 好氧的处理工 艺： 该工艺与传统处理工艺相比主要有以下优点： 第 一级采用好氧处理工艺可以接受更高浓度的废水，
， 煤气废水好氧生物降解特征
煤气废水最早采用的是物理化学的处理方法。 上世纪 ６ 年代以后， ０ 生物法逐渐成为煤气废水处理
第一作者简介： 张文启 男
的稳定性， 强化废水中难降解有机物及废水色度的 去除功效， 但由于 Ｐ Ｃ价格高， Ａ 投量较大， 随污泥排 放后难以回收再生，限制了该工艺在实际工程中的 应用范围 Ｂ 法是一种较新应用于煤气废水处理 叭ＦＲ 的工艺， 系统对单元酚及 Ｃ Ｄ去除效率很高， Ｏ 但对 Ｎ３ Ｈ一 Ｎ去除效果不好， Ｃ Ｄ也偏高， 出水 Ｏ 另外该工 艺管理复杂１多阶段活性污泥法设计初衷是为了去 ； ５
实际煤气废水由于物质成分复杂，苯酚的降解 特征也会发生变化， 特别是其中的甲酚、 硫化物、 硫 氰化物及氰化物均会对苯酚的降解产生抑制作用。 另外， 温度对苯酚的降解影响也较大。 考虑到这些因
情况下的 厌氧处理特征， 将高强度（６ ｍ Ｌ ７０ 梦 酚） 煤气 废水高 倍稀释 （水占２ 一％ 后进 废 ％ ４ ） 行厌氧消
化，Ｒ 为 １５２ 天。结果发现， Ｈ Ｔ ２一 ． ５ 在低负荷情况下 酚类几乎全部去除，随着人水酚浓度的增加， 一 ｍ甲
酚首先在出 水中出 指示处理效果恶化， ｐ 现， 随之， －
甲酚也出现了， 一 而。甲酚没有被降解｛ Ｋ ｔ ｅ 等 １ ９ ｔｍ ｌ ｅｉｎ 。
素， ｍｒ 等（９） 展了 模式， 沮ａ Ｋ ａｎ １ ７ ｕａ ９ 又发 上述 在Ｈ ｄ ｅ ｎ
模式公式中加人了影响因子参数［ ｌ ０ １
（ ６ １） ９ 在研究生物 法处理 废水时 含酚 也发现， 段 厌氧
对酚的去除无效， 厌氧预处理对总体工艺降解酚没 有作用， 仅对废水中的一些复杂有机物有作用团。 张 敏等（ ９ ） ９ １８ 研究表明， ８ 经过 小时的中温厌氧处理
Ｓｏ ｉ ｕｙ９ 在采用单独活性污泥法 ｔｕｓ ｔ（ ８ ａ ｄ 和Ｌ ｈ １ ０ ）
上海化工
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煤气废水在不同生化环境中的处理 效果分析及工艺优化
张文启 李永峰 潘健民 刘则华 孙彦刚
上海工程技术大学化学化工学院 （ 上海 ２ ６０ １ ０２）
抑制基质 Ｍ ｏ 模式来描述生物生长速率与苯酚 ｎ ｏｄ 浓度的关系１ ； ６ 然而， ｋｌ Ｈｗｌ １８） 门 Ｓ ｏ和 ｏｅ（９１却发现 ｏ ｌ 在一定苯酚浓度范围内， 苯酚的利用速度随其浓度 的增长而增长 ， 超过该浓度范围， 苯酚的利用速度
利用厌氧法处理实际煤气废水的研究采用的工 艺主要有厌氧滤床法（Ｆ及活性炭厌氧流化床法 Ａ ） （Ｆ ） １１ Ａ Ｂ等１８ － 。实验表明， ７］ 由于煤气废水中含有多种 抑制产甲烷菌活性的成分， 必须采用活性炭吸附抑 制性物质或高倍稀释才能使厌氧消化顺利进行。反 应器中活性炭具有吸附和生物载体的双重功效 ， 吸 附过程与生物再生同时并存，大大地提高了活性炭
煤气废水是一种难处理的高强度有机废水， 其 化学成分很复杂， 不同煤气厂由于原料煤及生产工 艺的不同， 污水成分也有较大的差异。 酚类物质是煤
气废水中有机污染物的主要成分，约占总有机物的
针对普通活性污泥法的缺点， 在上世纪 ８ 年代 ０
初又开发出一些强化煤气废水好氧生物处理的新工 艺， Ｐ Ｃ 活性污泥法 、 如 Ａ一 生物流化床法、 多级活性
Ｇ 。 ｈ ２ ３以苯酚为例， ｗ Ｊ 等（０） ｉ 推出了抑制性基质 Ｕ Ｓ 降解动力学过程式， ＡＢ 其中苯酚一 乙酸过程采用 Ｈ ｄｎ 模式动力学参数，而乙酸一 ｌ ａ ａｅ 甲烷过程采用 Ｍ ｏ 模式动力学参数１， ｎ ｏｄ ｑ １ 也说明了苯酚的抑制特
性。
等（ ８ 认为苯酚对生物没有抑制性， ９） １０ 可以采用非
处理煤气废水时， 对原水及生化出水做了色一 质联机 分析， 结果表明： 废水中可检测出的有机物 ９％ ８ － ９％ ９ 是酚类， 其中苯酚和甲酚占绝大多数； 酚类的好 氧生物去除率很高， ９％以上； 在 而废水中的碱性 成分， 以苯胺类为主的含 Ｎ杂环化合物的去除率为 ０ ９％；对废水中中性成分去除率较低，特别是一些 蕙、 危及取代蔡等多核芳烃去除很少。 药、
后， 一些诸如毗陡、 基毗陡、 甲 哇琳、 茹及花等难降解
有机物明显减少， 废水的可生化性得到提高， 但对废
水中的主要有机成分酚类的去除效率不高，即使再 经过 １小时的缺氧生物处理（Ｚ， ０ Ａ）苯酚的去除率才 达到 １ ８ 甲酚的去除率为 ２ ３ 而经 １．ｈ ． ６ ％， ． ９ ％， ３ ３ 的
发现， 好氧生物处理过程可以有效降解煤气废水中 的酚类有毒有机物， 可以接受较高酚浓度的进水； 厌 氧生物处理过程易受废水中有毒成分的影响， 对实 际废水中主要有机物酚类化合物的去除效果不好， 但可以改变一些大分子物质的结构， 有利于后续好 氧生物处理。 基于此， 提出了一种新型煤气废水生物
处理工艺。
的情况。
０ 概述
我国以煤为主要能源， 适用于气化的煤炭资源 约占 全部煤炭资源的８％， ５ ０ 亿 ｔ ０ 达 ０ 。煤气是一
种清洁的 气体燃料， 积极发展煤的气化产业对保护
我国环境， 促进经济问题， 几乎所有生产工序都有污染物产生， 其中煤气 废水危害最大［ ｏ ｌ
摘 要
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的核心工艺， 而且几乎所有的煤气废水都采用传统 的活性污泥法处理习 。该工艺主要优点是易于管理， 对 Ｃ Ｄ和单元酚去除效果较好， 前许多煤气发生 Ｏ 目 站仍然在采用活性污泥法处理废水； 该工艺的主要 缺点是系统在进水水质变化的情况下，易产生污泥 上浮、 膨胀， 导致系统运行不稳定； 另外， 该工艺对难 降解有机物和氨氮去除效果差， 特别是在水力停留 时间较短的条件下，常出现出水氨氮指标比进水高
可使每０ ９ ． 的活性炭吸附１ 的 ７ ６ ９ 随 其浓度的 增长而降 ‘随 Ｒｚｈ９３９５ 低１ 后，ｏｃ １ ，８ 、 的使用效率， ， 。 ｉ（８ １ ）
ｏｄｒ ０ 等研究表明［ ， Ｇｕａ ２０） （ ９ 以苯酚为单一碳源的 一 ］ ０ １
好氧生物降解特征属抑制性模式 ，当苯酚浓度为
ｌ ｍ Ｌ 生物比 ｏ 留 时， 增长速率达到最大； 微生 之后，
３ 煤气废水生物处理工艺的改进
煤气废水在厌氧与好氧生物处理过程中具有不 同的降解特点， 对比分析废水成分在不同的生物处 理段中的变化特征， 可以加深我们对煤气废水生物 处理过程及处理工艺的认识， 有利于选择正确的处 理工艺组合。
和Ｓｅ ｅ１ １、 ｔ ｇ １ １ ａ ｇ１ ６等发 ｐ ｃ ９ ） ｔ ａ ９ ） ｎ（ ９） ｅ （ ９ Ｌ ｉ （ ９ 及Ｆ ９ ｅ ｎ 现 工艺可以 苯酚 度大于１６ｍ 的 厌氧 处理 浓 ２ 叭 废 ０
０ 一％ ６％ ８ 另外还有多环芳烃（ Ｈ ， 氧及硫 ０ ； Ｐ ｓ Ａ） 含氮、
的杂环化合物及一些有机酸［废水中无机污染物主 ； ］ ｚ 要有氨， 另外还有氰化物、 硫氰化物、 硫酸盐等。 生化环境决定了微生物生态， 微生物在好氧、 缺 氧和厌氧三种环境中可能有着迥然不同的代谢途 径， 影响着废水的处理效果。在工业废水处理中， 生
物活性随酚浓度的上升而受到抑制，当苯酚浓度大
Ｃ Ｄ经分析， Ｏ ， 饱和活性炭中主要残留的是难以生物 降解的甲酚及一些烷基取代酚。 尽管如此， 该工艺运 行费用较大，实际操作较复杂，目 前难以实现产业 化。 ｄｒ 等（９ ） ｅ ｋ １８ 为考察煤气废水在不用活性炭 Ｆｏａ ６
于１０ｍ Ｌ 就 被生 解。 ３ 岁 时， 不能 物降
除废水中的Ｎ ３ ， Ｈ一 但该工艺在应用过程中效果并 Ｎ
不理想， 特别是后阶段好氧处理单元中污泥生长性
１６ 年生 教授 主要研究方向工业废水处理 在各类刊物上已 ９ 发表论文十余篇
第２ 期
张文启等： 煤气废水在不同生化环境中的处理效果分析及工艺优化
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差， 生化作用不明显， 难以取得预期的除氨效果。 在处理实际煤气废水的同时， 许多专家还研究 了其中主要污染物酚类的好氧生物降解特征及影响 因素，为实际废水工艺单元的生化环境的选择提供 了理论依据。 采用活性污泥法降解以苯酚为单一碳源废水的 研究 比较深人 ，ｅｆｄ Ｖ ｌ ｎｃ １７ ）Ｂｌ ｍ Ｎ ｕ ｌ 和 ａｋａ（９９ 、ｅｒ ｅ ｅ ｉ ｔ ａ
水， 但存在启动时间长、 易受温度和人水浓度影响的
缺点「４ｏ Ｈ。 ｙ ２ ０发现当 ‘１ ｏ ｗ 几 等（ ０） －Ｊ ２； 一 ， ０ 苯酚浓度为 ４０ ｇ 时， 烷菌活性下降５％， ｃａｇ ２ｍ Ｌ 产甲 ／ ２１ ｈ － 习 ｍ 。
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上海化工
第犯卷
由上述可知， 对于实际煤气废水， 好氧环境对煤 气废水中主要有机污染物酚类去除效率较高，而在 厌氧环境下， 对酚类去除效率很低 ， 。 甲酚没有 对 一 去除效果。另外， 废水中酚类的水解酸化速度也较 慢， 而且苯酚一 苯酸盐的转化过程是整个苯酚厌氧消 化过程的限制步骤四。 厌氧环境下一些诸如毗咙、 甲 基毗陡、 哇琳、 茹及花等难降解有机物明显减少， 废 水的可生化性得到提高。 除含有大量酚类等有机物外， 煤气废水中Ｎ ３ Ｈ－ Ｎ含量也很高， 其处理效果受废水中有机物的影响。 一般煤气废水中前几种物质较少， 对硝化细菌具抑