煤制气废水厌氧处理技术研究进展与机理解析

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2021-0590

摘要/Abstract

摘要：

煤制气废水的污染物含量高、毒性大且抑制性强，在自然环境中降解难度较大，如处理不当会给生态环境和人体健康造成极大影响。煤制气废水的处置也成为煤化工企业绿色安全生产面临的主要瓶颈。厌氧生物技术具备有机负荷高、运行能耗低且资源可回收等多重优势，在煤制气废水处理领域表现出良好的应用前景。根据煤制气废水的来源及水质特点，着重分析了用于处理煤制气废水的主要厌氧生物技术，如传统厌氧消化、上流式厌氧污泥床、厌氧生物滤池、厌氧膨胀颗粒污泥床和厌氧流化床，总结了各生物处理体系对总酚等典型水质指标和特征污染物的去除率。此外，以煤制气废水中的酚类化合物、含氮杂环化合物和多环芳烃为特征污染物，阐述其在厌氧生境下的迁移转化路径和微生物降解机理。最后从厌氧反应器的参数优化（水力停留时间、回流比）、污染物厌氧转化路径的多元分析和外源厌氧强化机理（如直接种间电子传递）方面出发，对煤制气废水的厌氧处理进行展望。

关键词: 厌氧, 煤制气废水, 煤化工, 废水处理

Abstract:

Coal gasification wastewater is characterized by high pollutant content， high toxicity and strong inhibition， which is more difficult to degrade in the natural environment and can cause great impact on ecological environment and human health if not treated properly. The disposal of coal gasification wastewater has become the main bottleneck of green and safe production in coal chemical enterprises. Anaerobic biotechnology has many advantages of high organic load， low energy consumption and resource recovery， and shows good application prospects in coal gasification wastewater treatment. Based on the source and water quality of coal gasification wastewater， the main anaerobic biological technologies used to treat coal gasification wastewater， such as traditional anaerobic digestion， up-flow anaerobic sludge blanket， anaerobic biofilter， expanded granular sludge bed and anaerobic fluidized bed， were analyzed. The typical water quality indexes such as total phenol and removal rates of characteristic pollutants in each biological treatment system were summarized. In addition， phenolic compounds， nitrogenous heterocyclic compounds and polycyclic aromatic hydrocarbons in coal gasification wastewater were used as characteristic pollutants， and their transformation pathways and microbial degradation mechanisms in anaerobic habitats were elaborated. Finally， the anaerobic treatment of coal gasification wastewater was prospected in terms of parameter optimization of anaerobic reactor（e.g.， hydraulic retention time， reflux ratio）， multivariate analysis of anaerobic transformation pathways， and exogenous anaerobic enhancement mechanisms （e.g.， direct interspecies electron transfer）.

Key words: anaerobic, coal gasification wastewater, coal chemical industry, wastewater treatment

中图分类号:

X703
TU992.3

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https://www.iwt.cn/CN/Y2022/V42/I8/43

图/表 7

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项目	内蒙古某厂BGL炉^〔9〕	黑龙江某厂鲁奇炉^〔10〕	云南某厂鲁奇炉^〔11〕
COD/（mg·L^-1）	3 500~4 500	2 000~3 000	6 995~8 425
BOD₅/（mg·L^-1）	800~1 000	600~800	3 715~4 496
总酚/（mg·L^-1）	650~750	400~700	929~1 280
挥发酚/（mg·L^-1）	300~450	50~150	—
氨氮/（mg·L^-1）	100~250	100~150	266~439
pH	6.0~7.5	6.5~7.5	7.34~7.82

项目	内蒙古某厂BGL炉^〔9〕	黑龙江某厂鲁奇炉^〔10〕	云南某厂鲁奇炉^〔11〕
COD/（mg·L^-1）	3 500~4 500	2 000~3 000	6 995~8 425
BOD₅/（mg·L^-1）	800~1 000	600~800	3 715~4 496
总酚/（mg·L^-1）	650~750	400~700	929~1 280
挥发酚/（mg·L^-1）	300~450	50~150	—
氨氮/（mg·L^-1）	100~250	100~150	266~439
pH	6.0~7.5	6.5~7.5	7.34~7.82

技术类型	项目	去除率/%	规律	文献
传统厌氧消化	吡啶	78.6	苯酚共代谢最佳质量浓度为200 mg/L	〔12〕
	喹啉、吲哚	100、100	小球藻最佳质量浓度为100 µg/L	〔13〕
	总酚	85	优化水力停留时间（HRT）为48 h，转速为80 r/min	〔14〕
UASB	COD、总酚	40.7、35.2	甲醇共代谢利于污染物去除，但水质冲击对酚类化合物的降解性能影响较大	〔15〕
	总酚	60	分点进水的两级UASB系统可提高污染物去除效能	〔10〕
	COD、总酚	37、36	升流式水解酸化池可形成颗粒污泥，UASB反应器内微生物种类较多	〔16〕
	COD、总酚	38、40	Fe₃O₄有利于形成弱碱性和低氧化还原电位环境，强化厌氧系统的电子转移	〔17〕
AF	COD、总酚	62、60	淀粉共代谢方式可提高污染物去除效能	〔18〕
	COD、总酚	—	COD/硝态氮（NO₃ ^--N）、HRT和出水回流比的最佳值为6.36、24 h、1.0	〔19〕-〔22〕
	COD、总酚	—	沼气回流可实现低HRT下污染物的高效去除，最佳填料密度为34.29 kg/m³	〔23〕-〔24〕
EGSB	COD、总酚	51.9、41.7	通过投加葡萄糖缩短EGSB的启动周期	〔25〕
厌氧流化床	COD	96	颗粒活性炭的初期吸附与微生物的厌氧降解对污染物的去除起主要作用	〔26〕
	苯酚	99.9	COD负荷超过10 kg/（m³·d）对系统影响较大	〔27〕
	COD	93.1	工艺采用三级串联厌氧流化床与微生物燃料电池	〔28〕

技术类型	项目	去除率/%	规律	文献
传统厌氧消化	吡啶	78.6	苯酚共代谢最佳质量浓度为200 mg/L	〔12〕
	喹啉、吲哚	100、100	小球藻最佳质量浓度为100 µg/L	〔13〕
	总酚	85	优化水力停留时间（HRT）为48 h，转速为80 r/min	〔14〕
UASB	COD、总酚	40.7、35.2	甲醇共代谢利于污染物去除，但水质冲击对酚类化合物的降解性能影响较大	〔15〕
	总酚	60	分点进水的两级UASB系统可提高污染物去除效能	〔10〕
	COD、总酚	37、36	升流式水解酸化池可形成颗粒污泥，UASB反应器内微生物种类较多	〔16〕
	COD、总酚	38、40	Fe₃O₄有利于形成弱碱性和低氧化还原电位环境，强化厌氧系统的电子转移	〔17〕
AF	COD、总酚	62、60	淀粉共代谢方式可提高污染物去除效能	〔18〕
	COD、总酚	—	COD/硝态氮（NO₃ ^--N）、HRT和出水回流比的最佳值为6.36、24 h、1.0	〔19〕-〔22〕
	COD、总酚	—	沼气回流可实现低HRT下污染物的高效去除，最佳填料密度为34.29 kg/m³	〔23〕-〔24〕
EGSB	COD、总酚	51.9、41.7	通过投加葡萄糖缩短EGSB的启动周期	〔25〕
厌氧流化床	COD	96	颗粒活性炭的初期吸附与微生物的厌氧降解对污染物的去除起主要作用	〔26〕
	苯酚	99.9	COD负荷超过10 kg/（m³·d）对系统影响较大	〔27〕
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