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煤气化废水含有浓度极高的酚类化合物、氨氮及其他难降解有机物。苛刻的水质特点使煤化工废水的治理成为关乎煤化工产业发展和人类生存环境的制约性问题。目前,“零排放”标准的提出意味着煤气化废水的脱氮工艺面临更高的要求。然而,煤气化废水中的毒性和抑制性有机物对硝化反硝化过程有抑制作用,废水中易降解有机物有限导致反硝化过程碳源不足,最终造成脱氮工艺效率低下。为了解决这一技术难题,本论文采用低能耗的短程脱氮(Short-cut biological nitrogen removal,SBNR)工艺,深入研究了煤气化废水厌氧出水中的抑制性有机物—苯酚、对甲酚、吲哚和长链烷烃对SBNR工艺亚硝化过程和反硝化过程的影响。通过研究活性炭吸附抑制性有机物以及生物再生的规律,发现了去除抑制性有机物的方法—活性炭-活性污泥工艺(Powdered activated carbon treatment,PACT),从而构建了PACT-SBNR组合工艺,用于煤气化废水厌氧出水中氨氮及总氮的去除,并应用于实际工程中。针对工程中出现的碳源不足的问题,将PACT-SBNR工艺进行改进,增加前置颗粒活性碳(Granular activated carbon,GAC)预吸附段,构建了GAC-PACT-SBNR工艺,考察了该工艺利用原水中的可利用碳源对总氮去除率的提高。本论文开展了SBNR工艺启动及影响因素试验。通过控制进水p H为7.5~8.0,水温为30~35℃左右,DO为0.8~1.5mg/L,污泥龄为15d,氨氮转化率和亚硝态氮积累率在第33d时分别达到95.2%和10.9mg NO2ˉ-N/(g VSS·h)。外加碳源为乙酸钠或甲醇时,总氮去除效率在97%以上。影响因素试验结果表明,DO是短程脱氮工艺中最重要的控制因素,保持较低的溶解氧(Dissolved oxygen,DO)浓度(0.8~1.5mg/L)是保证短程脱氮效果的关键。在SBNR系统中引入煤气化废水厌氧出水中典型的抑制性有机物—苯酚、对甲酚、吲哚和长链烷烃,发现氨氮转化率或者亚硝氮还原率出现不同程度的下降。引入同种化合物时,浓度越高,抑制作用越强;引入抑制性越弱的化合物,越容易在较短的时间内得到恢复;抑制作用很强的化合物,会导致系统功能无法恢复。为了保证SBNR工艺的脱氮效果,苯酚、对甲酚、吲哚以及长链烷烃的浓度应分别控制在50mg/L、50mg/L、5mg/L以及5mg/L以下。本研究发现粉末活性炭(Powdered activated carbon,PAC)和GAC可吸附抑制性有机物—苯酚和吲哚。针对吸附过程建立弗劳德里希模型和兰格缪尔模型,结果表明苯酚比吲哚更容易被活性炭吸附。活性炭吸附苯酚和吲哚的混合物时,活性炭对吲哚表现出很强的吸附能力,甚至超过了对单一吲哚的平衡吸附容量。并且,负载有抑制性有机物的活性炭具有生物再生性,使活性炭能够发挥持久的吸附作用。因此,活性炭-活性污泥体系可用于SBNR工艺之前,将进水中的煤气化废水厌氧出水中的抑制性有机物吸附或者降解,以保证SBNR工艺获得较好的脱氮效果。构建PACT-SBNR组合工艺,完成了PACT工艺的启动。PACT工艺在最佳工况条件下运行时,即水力停留时间(Hydraulic retention time,HRT)为24h、PAC浓度为1.0g/L、DO为4mg/L、MLSS为4000mg/L,COD和总酚的去除率分别高达80.2%和90.3%。此时,PACT工艺出水中的抑制性有机物—苯酚、对甲酚、长链烷烃、吲哚的浓度分别为1.6mg/L、2.8mg/L、3.2mg/L和0mg/L,均低于控制浓度。因此,SBNR工艺获得较高的氨氮转化率和总氮去除率,出水中氨氮及总氮浓度分别为4.3mg/L和17.8mg/L,达到出水水质标准。在实际工程中,控制PACT工艺中DO浓度为4mg/L左右,PAC浓度为1.0g/L,HRT为24h,并控制SBNR工艺中的DO浓度为0.8~1.5mg/L,p H为7.5~8.0,污泥龄为15d,温度为30~35℃,可获得较高的污染物去除效率,组合工艺出水的COD浓度为27.9~89.9mg/L,氨氮浓度为0~4.2mg/L,总酚浓度为0~5.0mg/L,总氮为3.7~18.0mg/L,均达到出水水质标准。为了解决工程应用中出现的外加碳源消耗量较大的难题,本论文对PACT-SBNR组合工艺进行改进,增加前置的GAC预吸附单元,构建GAC-PACT-SBNR组合工艺。将GAC段出水供给SBNR工艺反硝化段,利用GAC的吸附特性将原水中的有机物组分进行重新分配,使其中的易降解组分作为SBNR工艺反硝化过程的碳源,提高总氮的去除效率。当GAC对COD及总酚的去除率较高时,SBNR中的总氮去除率高达68.8%~75.8%,比未加碳源时高30%左右。GAC-PACT-SBNR组合工艺实现了对原水中的有机物更合理的分配,解决了碳源短缺的问题。本研究通过PACT-SBNR组合工艺以及GAC-PACT-SBNR组合工艺的构建,实现了抑制性有机物的去除和总氮的高效去除,解决了煤气化废水脱氮方面的难题,为我国的煤化工企业的污水治理提供了一种新的方法。