煤化工过程废水中典型污染物生成机制与控制原理

燃料化工废水成分复杂，毒性大，以煤化工废水最具代表性。目前尚未清楚该类废水中典型污染物的存在与状态及其在控制过程中的转化，水污染问题仍是行业发展的制约因素。本项目拟开展：应用SPME-GC/MS等手段研究废水水质组成与污染物作用关系的化学与生物特性，建立典型污染物的分类体系并阐明形成机理；利用分子生态学的方法，识别降解典型污染物的关键微生物菌群结构，筛选培养功能微生物，构建高效基因工程菌，强化典型污染物的降解；研究电化学过程协同好氧-水解流化床的工艺原理及典型污染物的降解动力学；对生物处理后尾水中典型难降解污染物，采用功能吸附剂结合超临界催化过程进行分子结构的转化与毁毒并阐明反应机理；基于强化的生物过程与优化的化学过程，解析典型污染物形成、转化与控制的化学关系，评价其安全性。研究成果为解决我国煤化工废水污染及保障生态安全提供技术理论支撑，为燃料化工过程典型污染物的减排与控制提供普适性方法。

针对焦化行业，调查分析了由剩余氨水、焦油分离液、粗苯分离液和脱硫废液构成的焦化废水中常规污染物与典型污染物的存在、分布与形成机理，明确了典型污染物主要包括酚类、多环芳烃、杂环芳烃、含卤有机物（如二噁英）等。以分析检测限大于最大组分面积的1%为统计，鉴别到558种有机物。其中检出的44种酚类物质含量最高，占焦化废水COD值的70%~75%。低环的萘、菲、苯并[a]芘为多环芳烃类化合物典型代表，被检测到的58种多环芳烃总浓度在0.3~0.5 mg/L之间。在144种含氮化合物中，喹啉类、吡啶类和吲哚类是典型代表。17种卤代有机物主要为氯代和氟代有机物，其中氯苯浓度达到25.4 µg/L。24种痕量二噁英类物质被检出，PCDD、PBDD是主要物种(7.5~18 pg/L)。. 基于上述认识，建立了以自动化SPME和液-液萃取等为主要样品前处理手段的污染物分析方法；还建立了一种检测苯酚的盐结晶脱水-顶空-气相分析技术。. 根据我们对焦化废水的认识以及4个工程的实践，发现O1/H/O2比传统A1/A2/O工艺的硝化需氧量降低15%、动力消耗降低约30%、污泥排放量减少25%。利用高通量Miseq测序方法研究焦化废水生物处理过程中关键微生物类群的结构特征，发现反应器中主要由Comamonas降解苯酚，由Thiobacillus降解氰化物和硫氰化物；通过PCA分析技术阐明了优势微生物菌属和环境因子之间的相关性。最后，总结归纳了焦化废水O1/H/O2生物工艺的降解模型。表现出如下优势：(1)负荷能力上的突破，进水负荷达到2.4 kg COD/(m3•d)；(2)通过新型反应器实现新工艺，明确同时除碳与短程脱氮技术；(3)对焦化废水的可降解性提出了新认识，实现B/C值0.5~0.6。另一方面，废水处理过程中毒性当量(TEQ)削减明显，在水质安全方面提出了有效的证明。. 整个项目工作，开创了一套以O1/H/O2为生物技术的新工艺系统，发明了异重流污泥原位分离流化床以及协同混凝吸附作用原理的两种新型反应器，探索了从废水中分离能量物质并转化为高能气体、能量自给的同步除碳脱氮以及多段流态化臭氧催化氧化惰性污染物的三种新原理，结合焦化废水水质特征以及典型污染物形成与浓度信息，在研究、技术、应用方面进行了大胆的尝试，取得的认识与经验有助于解决我国煤化工行业面临的水污染问题。