氣化廠在煤制氣過程中產生的煤氣廢水水量較大，污染物成分復雜，COD和NH3-N濃度很高，而且含有很多的石油烴類化合物、大分子羧酸和酯類化合物等難降解物質，用一般的預處理/二級生物處理工藝處理煤氣廢水很難達到排放標準。

1 某氣化廠廢水處理現狀
1.1 現有處理工藝流程
　　某氣化廠生產過程中產生的煤氣廢水，經除酚蒸氨處理后，投加絮凝劑，進行反應、氣浮，去除浮油后進入T01貯罐進行稀釋處理，最后進入三級射流曝氣生物反應池。具體工藝流程如下圖所示。

　　上述工藝流程中，污水在一級射流曝氣池內的水力停留時間為15h，在二級和三級射流曝氣池內的停留時間都是8h。
1.2 現有工藝存在的主要問題
　　該氣化廠廢水處理工程是由德國設計、安裝并調試的。在運行初期，出水基本能達到排放標準，但在更換煤型之后，出水水質不斷惡化，COD、NH3-N、色度等指標均不能達到排放標準，主要問題有如下兩個方面：
　　(1)在三級射流曝氣池內的污泥濃度較低，污泥結構松散，沉降性能差，在三級澄清池內沉淀的分離效果不佳，出水水質混濁。
　　(２)在射流曝氣池，特別是在一級射流曝氣池內經常出現溶解氧不足的情況，有機物去除效率低。由于NH3-N沒有得到有效的去除，致使出水色度非常高。
２各處理單元出水水質全分析
　　在原有處理工藝流程中，T01貯罐后面的三級生物處理是關鍵處理單元，其直接影響到系統的最后出水。經對T01貯罐、三級澄清池的出水進行取樣，順序編號為1號(一級澄清池)、2號(T01貯罐)、3號(二級澄清池)和4號(三級澄清池)，通過對4個水樣進行水質全分析，以確定原有工藝問題的癥結所在。
2.1 常見陰離子分析
　　常見陰離子分析采用離子色譜法，離子色譜條件為：分離柱—AS4A-SC；保護柱—AS4A-SC；抑制柱—AMMS-II；淋洗液—1.7mMNaHCO3+1.8mMNa2CO3、流速2.0mL/min；再生液—25mMH2SO4、流速5mL/min。測定結果見表1。

表１　常見陰離子分析結果(mg/L)

編號 F- Cl- NO2- NO3- PO43- SO42- 1 62.22 101.4 - - - 74.05 2 153.85 74.5 17.4 15.2 16.15 362.35 3 66.7 84.2 28.35 24.4 28.75 410.05 4 21.25 93.4 8.9 67.4 30.58 456.70

　　從表1中NO2-和NO3-的濃度變化可以看出，射流曝氣池內已經具有了一定的硝化效果，但硝化效果不佳，NO2-和NO3-的生成濃度較低，因此NH3-N的去除率低，影響了出水色度。在一級射流曝氣池內，SO42-濃度有較大升高，說明T01貯罐出水中的還原性硫化物被大量氧化成SO42-，消耗掉大量的溶解氧，這也是一級射流曝氣池內溶解氧不足的原因之一。
2.2 COD、BOD、TN和TP分析
　　COD的測定采用重鉻酸鉀法，BOD的測定采用稀釋倍數法，TN和TP均采用分光光度法。測定結果見表2。

表2 COD、BOD、TN和TP測定結果(mg/L)

編號 COD BOD TN TP 1 2803 656 420.78 5.78 2 1818 407 392.64 9.65 3 1357 241 390.78 10.47 4 1136 88 390.47 9.70

　　由表2可以看出，原有處理工藝對BOD有著較高的去除率，可達86.6%，COD、TN的去除率則較低，分別為59.5%和7.2%，TP還出現了負去除率，出水水質不能滿足排放標準。為了弄清各處理單元對有機物的去除規律，對這4個水樣進行了GC/MS分析。
2.3 GC/MS水質全分析
　　GC/MS的操作條件為：
　　色譜條件：氣化室溫度270℃，色譜柱DB-5；程序升溫0～15min，50～170℃，8℃/min；15～45min，170～270℃，5℃/min。
　　質譜條件：激發電流750mA，離子源電壓1340V，源溫度170℃。
　　測定后從總離子流圖和計算機檢索結果可知：1號水樣共檢出有機化合物80種，主要為醇、酮、羧酸和溶解性石油烴類；2號水樣檢出59種，主要也是醇、酮、羧酸和溶解性石油烴類；3號水樣檢出22種，主要為低分子量烷烴、石油烴及少數酯類；4號水樣檢出12種，主要為酯類和石油烴。根據上述檢索結果，可以得出如下結論：經過三級曝氣池處理后，有機物的數量和種類呈減少趨勢，說明現有工藝對易于生物降解的有機物有較好的去除效果，但對于難生物降解的有機物如酯類、石油烴類等，即使好氧反應時間延長，也沒有提高系統對這些有機物的去除效果，因此必須對現有的處理工藝進行改進。
2.4 生物相分析
2.4.1 原生動物觀察
　　分別取三級曝氣池的泥水混合物500mL，順序編號為I號(一級曝氣池)、II號(二級曝氣池)和III號(三級曝氣池)水樣，搖勻后吸取少量滴于載玻片上，在顯微鏡下對原生動物進行觀察，結果列于表3。

表3 水樣中原生動物的組成

樣品編號 I號 II號 III號 草履蟲 極少 無 極少 鐘蟲 極少 無 極少 豆形蟲 極少 無 極少 胞囊 較多 多 較多

　　從觀察結果看，三級曝氣池的活性污泥中原生動物的數量和種類都很少，多以胞囊形式存在，說明水質條件惡劣，不適合原生動物生存，這也間接說明了污泥的活性較低。
2.4.2 細菌總數的測定
　　采用平板菌落計數法，對3個水樣中的細菌總數進行了測定，結果為：I號泥水混合物細菌總數為1.6×104MPN/mL，II號為1.6×104MPN/mL，III號為5.4×104MPN/mL。
　　以上結果表明三級曝氣池中的細菌數量相對較少，比運行良好的活性污泥細菌數量少3～5個數量級，這也是污染物去除效果差的主要原因之一。
3 改進措施
　　通過以上分析可知，煤氣廢水中含有很多難于生物降解的酯類、石油烴類等大分子有機物，在好氧條件下雖然經過了三級曝氣處理也難以將其降解去除，因此應對現有的處理工藝進行改進。
　　(1)在原來的一級曝氣池前增設水解酸化池。在水解酸化池內，難降解有機物會在水解酸化細菌的作用下，轉化為脂肪酸、醇類等化合物，這些化合物可在后續的生物反應池內被降解去除。
　　(2)將原來的一級曝氣池改為缺氧池，并將三級澄清池的上清液進行回流至缺氧池，以提高脫氮效果。許多研究表明采用A/O工藝對COD和TN均有較好的去除效果。
　　(3)對現有的曝氣方式進行改進，采用鼓風曝氣方式。原有的射流曝氣對活性污泥絮體的形成有很大影響，污泥結構松散，難以形成菌膠團，在澄清池內沉淀的分離效果不理想，使得曝氣池內污泥濃度難以提高，這直接影響了有機物和NH3-N的去除效果。
　　(4)在二級和三級曝氣池內安裝填料，以提高反應器內的生物量，提高處理效果。
　　(5)廢水中的TP含量偏低，使得曝氣池內營養物質不平衡，不利于細菌的增殖，因此，在運行中應適量補充部分磷源。