煤化工企業排放廢水以高濃度煤氣洗滌廢水為主，CODCr一般在5000mg/L左右，氨氮在200~500mg/L，廢水含有酚類、多環芳香族化合物及含氮、氧、硫的雜環化合物等有機污染物，是一種典型的難降解有機工業廢水。
單一廢水處理單元難以同時有效脫除上述污染物。筆者針對煤氣化廢水的水質特點，提出以常規預處理（隔油-氣浮-脫酚-蒸氨）+高效組合生物處理（二級內循環UASB-ABFB）+高級氧化處理（臭氧活性炭）為主體的組合工藝進行處理，出水可滿足《污水綜合排放標準》（GB8978—1996）一級標準要求。
1材料與方法
1.1廢水水質及出水水質要求
煤氣化廢水的水量水質會隨煤種和氣化工藝的不同而存在很大區別。目前我國一些煤制氣項目選擇豐富廉價的褐煤為原料，多采用煤氣化工藝中占有主要地位的魯奇加壓氣化技術。筆者以國內某煤化工企業的實際廢水進行工藝研究，其水質見表1。
出水水質執行GB8978-1996一級標準。
1.2廢水處理工藝流程
由于該廢水中難降解物質較多，處理較困難，故主要考慮難生物降解物質的去除。工藝流程見圖1。
1.3試驗裝置及運行條件
本研究采用兩級內循環UASB-ABFB組合生化系統對常規預處理后的煤氣化廢水進行二級處理，并采用臭氧活性炭工藝進行深度處理。
1.3.1二級內循環UASB-ABFB反應器
內循環UASB是在普通UASB反應器基礎上增加一套內循環系統，其對進水水溫、pH、難降解有機物和CODCr的適應能力更佳。二級內循環UASB反應器主體分別由D20cm×120cm、D25cm×120cm的圓形有機玻璃柱制成，上部均設三相分離器，有效容積分別為35、55L，為保持反應器內溫度，外壁裹有保溫材料并設有恒溫設施。運行條件為（30±2）℃，pH控制在7.3~8.0，HRT分別為8、12.5h。
ABFB反應器為矩形有機玻璃反應器，尺寸為45cm×25cm×38cm，反應器中均勻分布兩個垂直折流板，廢水在反應器內沿導流板作上下折流流動。整個反應器相當于3個完全混合的反應器串聯在一起，采用立方體聚乙烯（PE）多孔填料為生物載體，反應器底部鼓風曝氣提供載體流化動力和反應耗氧。運行條件為（30±2）℃，pH控制在6.8~7.5，HRT為8h，DO控制在1.0mg/L。
1.3.2深度處理
二級生化出水首先進入預混罐內進行臭氧預曝氣，以OZORB-X20小型水冷臭氧發生器為氣源，溶解一定濃度臭氧的廢水再經提升泵進入臭氧氧化塔，調節流量可控制空速，塔內裝填活性炭。氧化塔尺寸為D20cm×100cm，填料裝填體積為20L。
1.4生物反應器的啟動與馴化
生物反應器的運行主要分為兩個階段：第一階段為微生物的馴化和固定化階段，為期30d；第二階段為工藝參數、運行控制研究階段，為期90d。
將厭氧顆粒污泥（取自酒精行業廢水處理過程）投入到內循環UASB反應器中開始馴化，接種量分別為8、5kg。進水CODCr由預處理后的煤氣化廢水和葡萄糖提供，初始階段廢水CODCr占總CODCr的20%，總CODCr約為3500mg/L。在出水相對穩定的前提下逐步增加廢水用量，一般每次提高10%直至100%，完成馴化過程。
采用兩級內循環UASB出水與生活污水的混合水（體積比為5∶1）啟動ABFB，接種污泥取自某市政污水處理廠二沉池的剩余活性污泥，池內投入PE填料，體積占總容積的40%。悶曝2d后開始連續進水，控制不同HRT，定時檢測進出水水質情況。當出水COD≤100mg/L，NH4+-N≤15mg/L，用克氏定氮法測定載體中微生物量≥10g/L，可認為基本完成生物馴化和固定化階段。
1.5分析方法
CODCr采用重鉻酸鉀法（GB/T11914—1989）測定；氨氮采用納氏試劑分光光度法（HJ535—2009）測定；總氮采用GB/T11894—1989相關方法分析；堿度使用METTLERTOLEDOT50自動電位滴定儀測定；揮發酚和總酚的測定分別采用4-氨基安替比林分光光度法（HJ503—2009）和Folin-Ciocalteu比色法；pH用便攜式pH計進行測定；石油類采用紅外分光光度法測定。
2結果與討論
2.1兩級內循環UASB-ABFB生化系統運行及性能
由表1可知，預處理后廢水中仍含有較高的COD、氨氮、酚類，并含有多種難降解有機污染物，屬難生化處理有機廢水（B/C=0.23＜0.3）。本階段處理難點在于降解以非揮發酚為主的COD和脫除高濃度氨氮。筆者在厭氧-好氧二級生物處理基礎上，以二級內循環UASB-ABFB作為生物處理運行方式。
2.1.1二級內循環UASB運行效果
預處理后的煤氣化廢水進入完成馴化的二級內循環UASB反應器中，運行情況如圖2所示。進水COD為（3650±80）mg/L時，出水COD可達到（550±50）mg/L，COD去除率可穩定在85%左右。
UASB反應器中厭氧顆粒污泥的產甲烷活性（以CH4計）為4.887g/（g•d）。UASB反應器經過啟動、馴化和長期運行，形成了能適應煤氣化廢水的厭氧顆粒污泥，直徑范圍在0.1~0.5cm（見圖3），利用透射電鏡的超微切片技術對顆粒污泥各層面上的生物相進行剖析。發現顆粒表層不同類型的細菌多以微小菌落群的形式分布，在向內接近表面的部分混棲菌群才逐漸增多，呈遞增趨勢，且菌體密度大，細胞代謝旺盛、活力強。顆粒內層菌體密度降低，畸形和死亡的細胞數目呈遞增趨勢。
2.1.2ABFB運行效果及性能
將UASB出水與生活污水按照體積比5∶1混合后泵入ABFB反應器，控制流量以考察HRT對污染物去除情況的影響，見表2。
由表2可見，在ABFB中CODCr、NH4+-N和TN同時下降，HRT=8h時污染物降至最低值。NH4+-N和TN同時下降，說明硝化和反硝化同時進行，聚乙烯載體為微生物的生長增殖提供了適合的場合并保持各種細菌特有的生物活性（見圖4，在聚乙烯填料表面固定的微生物具有很好的生物活性），每一塊載體構成一個微型的同時硝化反硝化反應器（SND），實現了脫除高濃度氨氮的目的。經ABFB反應器處理后，煤氣化廢水中的氨氮達到了《污水綜合排放標準》的一級排放標準，但殘余的CODCr不能進一步降低，需要進行深度處理。具體參見http://www.bnynw.com更多相關技術文檔。
2.2深度處理效果
煤氣化廢水經預處理及生化處理后，大部分污染物質得到去除，但某些污染物仍達不到排放標準，需進行深度處理，實驗選用去除率高、占地面積小、無二次污染的臭氧活性炭氧化法處理。溫度為25℃、空速為3h-1時，考察了臭氧投加質量濃度對污染物去除效果的影響。試驗結果表明，隨著臭氧流量的增加，CODCr去除率升高，當水中臭氧質量濃度＞6mg/L時，CODCr去除率升高的趨勢減緩。分析其原因認為臭氧在水中溶解度較小且易分解，臭氧投加量繼續增加時臭氧的利用率有所下降，且投加量大會增加能耗。實驗確定水中臭氧適宜質量濃度為6mg/L時，出水CODCr為21.8mg/L，可達到GB8978—1996的一級排放標準要求。
3結論
（1）常規預處理（隔油-氣浮-脫酚-蒸氨）+二級生物處理（二級內循環UASB-ABFB）+深度處理（臭氧活性炭）組合工藝對煤化工廢水的處理效果好，系統運行穩定。
（2）系統總的水力停留時間比現有文獻報道的短，各項出水指標均滿足《污水綜合排放標準》（GB8978—1996）一級排放標準要求。
