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煤气废水水质变化大、毒性强、污染物浓度高，长期以来废水处理问题一直没有得到有效的解决，绝大多数企业都不能达标排放，是我国水体的主要工业污染源之一。
目前，生物法是煤气废水处理的主要方法，采用的工艺主要是活性污泥法，该工艺在处理过程中存在的主要问题是系统运行不够稳定、对难降解有机物和NH4+-N去除效果差等。本研究试图通过增加物理化学预处理法、改善生物处理的生化环境、添加固体复合矿物材料(简称白土添加剂)、改变系统反应器构型及采用臭氧预氧化等方法，来强化传统煤气废水生物处理效果。
本文首次采用酸化破乳方法对煤气废水进行预处理。实验表明，酸化破乳处理可以有效地去除煤气废水中难生物降解的乳化焦油，改善污泥性状，强化后续生物处理效果；在废水酸化破乳处理过程中添加少量小颗粒矿物材料，可以改善析出有机絮体的结构和密度，加速絮体的沉降，提高沉淀物的脱水率，强化废水处理效果。
微生物生化环境决定了污染物的生物降解途径，进而控制着废水处理效果；而废水在不同生化环境中的处理效果可以指示污染物高效的降解途径，选择适宜的生化环境。通过上述研究路线，确定以好氧生化环境为主导，结合缺氧环境的思路，首次开发出好氧(O)-缺氧(A)-好氧(O)顺序的新型煤气废水生物处理工艺，该工艺较好地解决了废水中毒性物质对NH4+-N和难降解有机物降解的抑制作用，提高了COD和NH4+-N的总体去除效果。
好氧-缺氧-好氧工艺中第一处理单元采用的是普通活性污泥法，在运行过程中稳定性较差，处理效果不理想，需要采取强化措施。本文首次采用白土添加剂强化普通活性污泥工艺。实验表明，当废水总酚含量在188.9mh/L～312.4mg/L范围内时，白土添加剂可以明显提高微生物的活性，每分钟溶解氧消耗量最高可增加27％左右，从而改善了污泥性状，也强化了废水处理效果；通过对比分析白土添加剂及粉末活性炭对废水COD、挥发酚、pH、总酚和溶解氧浓度的影响特征，认为白土添加剂对酚类物质的吸附及固体表面对溶解氧的富集作用是其强化微生物活性的主要机制。
由于煤气废水COD和NH4+-N含量高、浓度变化幅度大，本研究采用以活性炭和沸石为生物载体的生物膜反应器构型，利用其对污染物吸附-生物再生和吸附-脱附原理，提高了COD和NH4+-N的去除效果，减小了出水COD和NH4+-N浓度的变化幅度。
煤气废水生物处理出水可生化性较差，而单独采用物理化学法处理成本较高，需要通过化学法预氧化提高废水的可生化性，再接续生物处理。实验表明，臭氧预氧化可以有效地去除废水的色度，对COD有一定的去除作用，在240mg/L的投量下可以提高废水的可生化性；废水O3-BAC工艺小试实验表明，系统对COD去除效果较好，出水平均为87mg/L，基本可以达到废水排放标准对COD的要求；对NH4+-N去除效果一般，处理出水的NH4+-N平均浓度为45mg/L，总去除率平均为49％。
通过上述研究，本文开发出酸化破乳预处理-白土活性污泥(O1)-活性炭缺氧滤池(A)-沸石曝气生物滤池(O2)-臭氧生物活性炭(O3+BAC)总体处理工艺，并着重对其中生物处理工艺进行了较长时间的小试和中试废水处理试验。
煤气废水生物处理小试试验表明，新工艺在进水COD较高的条件下可以稳定运行，其中白土-活性污泥处理单元起到了至关重要的作用。系统在平均进水COD为2204mg/L、NH4+-N含量为244mg/L的条件下，COD和NH4+-N去除率分别可达87.6％和80％，提高了常规的煤气废水生物处理功效；减少系统水力停留时间(HRT)后，对系统COD去除率影响不大，但影响NH4+-N去除效果，NH4+-N去除率降为67％。
煤气废水生物处理中试试验表明，生物处理系统运行稳定，有机污染物去除效果好。其中，白土-活性污泥处理单元的挥发酚去除率可以达到99％，出水一般均低于0.5mg/L，已达到国家一级排放标准，而该单元的COD和总酚的去除效果也很好，分别可达80％和85％，强于小试试验结果；在进水COD大于2000mg/L的条件下，系统总体COD和总酚的去除效果较好，去除率分别为83％和87％；系统COD容积负荷的变化对COD和酚类的去除率效果影响不大，然而负荷提高后，生物处理反应器中的水温应注意控制；生物处理系统NH4+-N处理效果较差，总去除率为45％左右，低于小试试验结果，其中白土-活性污泥单元NH4+-N去除率降低了22％，曝气生物滤池NH4+-N去除率降低了36％，推测主要是由于曝气生物滤池的操作控制问题引起的。
色谱-质谱联机(GC-MS)测试结果表明，废水在生物处理过程中，有机物种类明显减少。废水中的有机污染物经过白土-活性污泥单元处理后，大部分的短链烃和结构较简单的酚、酮、羧酸和脂类被降解，而一些结构复杂的杂环烃类和多环芳烃类则残留下来；缺氧处理单元去除了一些结构复杂的有机物；废水经曝气生物滤池处理后有机物种类进一步减少，主要残留下一些芳香酮和芳香酯类化合物。