近年來以煤氣化技術為基礎，生產替代天然氣、石化產品、燃料油的現代煤化工產業得到快速發展。但煤化工項目存在耗水量大、廢水量大、處理與回用難等問題。水資源和水環境問題逐漸制約著煤化工產業的發展，為此尋求處理效果更好、工藝穩定性更強、運行費用更低的廢水處理技術，實現廢水“零排放”，已成為煤化工發展的自身需求和外在要求〔1〕。
煤制天然氣的生產主要采用碎煤加壓氣化技術，其廢水來源于煤氣化過程中粗煤氣洗滌、冷卻及凈化過程，具有水量大、污染物濃度高、成分復雜的特點〔2〕。工業上采用化工分離和生化處理兩段法來依次實現回收酚氨和凈化排放。其中化工分離段非常關鍵，不僅能高效回收有價物質酚和氨，而且可顯著降低廢水中的COD、酚類和氨氮濃度，保證進入生化段的水質，為最終出水達標排放或回用奠定基礎〔3〕。生化處理段一般采用缺氧-好氧工藝〔4〕或SBR工藝〔5〕，但出水難以穩定達標。由此水處理工作者研發了一批新的煤氣化廢水生化處理工藝，如厭氧生化工藝〔6〕、厭氧/好氧組合生化工藝〔7, 8〕、移動生物床反應器工藝〔9〕等，并取得了較好的COD、氨氮去除效果。
為滿足排放或回用標準，煤氣化廢水生化處理工藝將廢水中的氮、磷物質視為污染物加以去除，但藻類深度凈化廢水技術卻能將廢水中氮、磷物質作為藻類生長所需營養物加以利用，同時藻類生長還能固定二氧化碳，藻類生物質可用于生產生物燃料。鑒于藻類在能源、碳減排、廢水凈化方面的優勢，近年來國內外在藻類能源技術、藻類深度凈化廢水技術以及兩者耦合方面開展了大量研究〔10, 11, 12, 13, 14, 15〕。因此，若藻類深度凈化技術能工程化應用于處理煤氣化廢水，不僅能實現煤氣化廢水的處理與資源化利用，而且可舍棄能耗及運行成本高，依靠外加碳源才能有效運行的傳統反硝化生物脫氮工藝，同時藻類生長固定二氧化碳是煤化工加工項目潛在的二氧化碳減排與利用技術，藻類生物質是發展生物燃料產業的潛在原料來源。為此筆者對藻類深度凈化煤氣化廢水開展了探索性研究，設計試驗，分離純化馴化篩選藻種，優化藻種凈化煤氣化廢水的培養條件，對藻類凈化去除煤氣化廢水氨氮、總氮的效果和特點進行了深入研究和評價，為該技術的后續研究提供參考。
1 實驗部分
1.1 廢水水質
原水取自國內某煤氣化廠酚氨回收后的煤氣化廢水，煤氣化廢水經實驗室厭氧—好氧接觸氧化—臭氧氧化—好氧生物流化床組合工藝穩定處理后，以其出水為實驗用廢水，水質見表 1。藻種馴化時還使用了厭氧—好氧接觸氧化出水，水質見表 1。另外為使藻種適應氨氮條件，在進行藻種馴化篩選時用自來水添加適量氨和營養鹽配成pH 7~8、氨氮質量濃度不同的模擬廢水。
從表 1 可以看出，實驗用廢水的COD、總酚、氨氮等指標都達到國家一級排放標準，但總氮含量高，需要進行脫總氮處理。
1.2 藻種樣本來源
實驗用藻種樣本來自各地富營養化水體以及煤氣化廢水生化處理段水體。
1.3 技術路線
采用如圖 1 所示的技術路線。
圖 1 藻類去除煤氣化廢水氨氮及總氮的技術路線
1.4 分析方法
用模擬廢水和厭氧—好氧接觸氧化工藝處理后的出水進行馴化篩選藻種的實驗，并以藻細胞濃度的變化來評價藻種對廢水的適應性。藻細胞濃度指1 mL廢水中所含的藻細胞數目，藻細胞數目是通過血球計數板在顯微鏡下完成的計數。在藻種凈化廢水的培養條件參數優化實驗中，采用光密度法測量藻類培養液的光密度值用于評價藻的生長情況，對綠藻用721型分光光度計在波長650 nm 下測量藻液的光密度值；對藍藻用721 型分光光度計在波長560 nm 下測量藻液的光密度值。
COD：重鉻酸鹽法；BOD5：稀釋與接種法；揮發酚和總酚：溴化容量法；氨氮：納氏試劑分光光度法；總氮：堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法；pH：玻璃電極法。
1.5 實驗裝置
實驗在柱式光合反應器中進行，該反應器由高透光率的亞克力有機玻璃制成，尺寸為D 0.35 m×1.6 m，占地面積0.345 m2，培養容積150 L；反應器帶萬向輪的不銹鋼支架，底壁鋪設CO2導氣管，底壁安有排水閥門，四面光照，強度可調，一般是2 000~10 000 Lux。
1.6 實驗過程及方法
將實驗用廢水通入柱式光合反應器中，接入藻種，接種量（以藻細胞濃度計）5×105 mL-1，采用優化后的條件參數培養藻種，設定每天的光照時間為18 h，黑暗時間為6 h，光照期間通氣，黑暗期間停止通氣，培養周期7 d，每天檢測氨氮、總氮指標。當藻細胞濃度達到107 mL-1 數量級后，停止曝氣，靜置沉降8 h 左右，利用藻細胞密度略大于廢水密度的特點進行藻細胞沉降分離濃縮。使用虹吸法分離反應器上部達標的清液，而將大部分的底部藻泥從反應器底壁排水閥排出，重新往反應器中注入煤氣化廢水，保留的藻泥作為藻種接入反應器，開始新一批廢水的處理。通過上述實驗過程及方法，實現了在柱式光合反應器中養殖藻類并半連續凈化去除煤氣化廢水氨氮及總氮的目的。
2 結果與討論
2.1 藻種分離純化研究
為收集更多有代表性的藻種樣本，在成都、綿陽、攀枝花等地的富營養化水體以及煤氣化廠的煤氣化廢水生化處理段水體中采集藻類樣本共達200多份。
對所獲得的藻種樣本進行實驗室藻種培養保存，利用光學顯微鏡檢測藻種活力，對同類藻種進行合并，對活力好的藻種樣品進行單克隆藻種分離。藻種分離采用連續稀釋分離法和平板分離法，經鑒定，共分離純化出藻種50 多株。
2.2 藻種馴化篩選研究
對分離純化得到的50 多株藻種，用氨氮濃度不同的模擬廢水進行適應性馴化篩選。藻種接種量為5×104 mL-1，培養周期7 d，當藻細胞濃度增長到106~107 mL-1 數量級時，可認為生長情況良好，能適應該模擬廢水的氨氮濃度。依次經過氨氮質量濃度為15、25、35 mg/L 的模擬廢水的適應性篩選馴化后，共有10 個藻種達到試驗的標準要求，分別是纖維藻、新月藻、斜生柵藻、四尾柵藻、萊茵衣藻、沙角衣藻、柱孢魚腥藻、小單歧藻以及從煤氣化廢水中分離出的混合藻（黃絲藻和席藻）。
與藻種在模擬廢水中馴化篩選的過程與評價標準一樣，將厭氧—好氧接觸氧化工藝出水用不含氮、磷的藻種培養液稀釋10 倍后，接入藻種，監測培養周期內各藻種的藻細胞濃度變化，用于評價上述10個藻種在煤氣化廢水中生長的適應性。試驗結果表明，纖維藻、新月藻、斜生柵藻、四尾柵藻、小單歧藻、混合藻（黃絲藻和席藻）等生長良好，藻細胞濃度分別為2.025×107、2.675×107、3.05×107、2.55×107、2.375×107、2.555×107 mL-1，而萊茵衣藻、沙角衣藻和柱孢魚腥藻則被淘汰。
2.3 藻種凈化廢水的培養條件參數優化
為掌握各藻種處理煤氣化廢水的合適培養條件，實驗采用氨氮質量濃度為35 mg/L 的模擬廢水對纖維藻、新月藻、四尾柵藻、斜生柵藻、小單岐藻以及混合藻的培養溫度、光照強度、CO2濃度、通氣速度以及非氮磷源營養元素進行優化，結果如表 2所示。
由表 2 可以看出，對不同的藻種除培養溫度（25~28 ℃）和光照強度（7 000~9 000 Lux）有所不同，其他條件參數基本相同。根據藻種特性及實驗條件要求，選用四尾柵藻、斜生柵藻、混合藻進行氨氮及總氮的去除實驗。
2.4 藻類去除煤氣化廢水氨氮實驗
試驗在柱式光合反應器中進行，四尾柵藻、斜生柵藻、混合藻采用優化后的條件參數進行培養，監測廢水氨氮的去除情況，結果如圖 2 所示。
圖 2 藻類對煤氣化廢水氨氮的去除效果
從圖 2 可以看出，3 組藻類都能深度去除廢水中的氨氮，并且都在3 d 內完全去除，說明所篩選出的藻種具有深度凈化煤氣化廢水氨氮的能力。
2.5 藻類去除煤氣化廢水總氮實驗
試驗在柱式光合反應器中進行，四尾柵藻、斜生柵藻、混合藻采用優化后的條件參數進行培養，監測廢水總氮的去除情況，結果如圖 3 所示。
圖 3 藻類對煤氣化廢水總氮的去除效果
從圖 3 可以看出，3 組藻種的實驗中，總氮濃度均呈現明顯下降趨勢，說明藻類不僅能很好地適應煤氣化廢水，而且去除速度較快，總氮都在第5 天達到最大去除，四尾柵藻、斜生柵藻、混合藻凈化后水中總氮分別達到17.65、21.40、39.05 mg/L，這與幾種藻的生長周期有一定關系。以四尾柵藻、斜生柵藻為例，其生長周期是2.5~3.0 d，在去除廢水總氮的處理周期內，幾種藻基本上都處于對數生長期或穩定期，盡管廢水中總氮濃度持續下降，但也足以滿足藻類生長繁殖對氮源的需求，因此藻類能以較快的效率去除廢水中的總氮�？偟コ实拇笮�，分別是四尾柵藻最高86.02%，其次是斜生柵藻83.33%，混合藻71.81%。從實驗結果看，選用合適的藻類去除煤氣化廢水的總氮可行，具有進一步開發應用的潛力和新穎性。具體參見http://www.bnynw.com更多相關技術文檔。
3 結論
（1）從不同水體中采集藻類樣本，經分離純化獲得藻種，采用氨氮濃度不同的模擬廢水和厭氧—好氧接觸氧化工藝處理后的煤氣化廢水對藻種進行馴化，篩選出纖維藻、新月藻、斜生柵藻、四尾柵藻、小單歧藻、混合藻（黃絲藻和席藻）等多個藻種。
（2）對篩選出的藻種的培養溫度、光照強度、CO2濃度、通氣速度以及非氮磷源營養元素進行了優化，結果表明除培養溫度（25~28 ℃）和光照強度（7 000~9 000 Lux）有所不同，其他條件參數基本相同。
（3）優化條件下，四尾柵藻、斜生柵藻、混合藻（黃絲藻和席藻）都能在3 d 內完全去除煤氣化廢水的氨氮，同時總氮去除率都在第5 天達到最大，分別是四尾柵藻86.02%，斜生柵藻83.33%，混合藻71.81%。說明選用合適的藻類去除煤氣化廢水的氨氮及總氮可行，與生物硝化/反硝化脫氮工藝相比，該方法具有一定的新穎性。
（4）利用藻類可去除煤氣化廢水中氨氮和總氮，實現了利用煤氣化廢水和加工過程中產生的二氧化碳進行微藻的養殖，為二氧化碳固定和資源化的微藻能源技術開發，探索出一條可行的路線。
