近些年来，我国对煤气化废水处理的原有技术工艺作了一系列优化和改造，并对新技术工艺进行了试验研究，为进一步工业设计和应用提供了依据。
改良SBR工艺
德士古煤气化技术也称为水煤浆气化技术，是由美国Texaco公司在重油气化的基础上开发出的第二代气流床气化工艺。气化过程包括煤浆制备、煤浆气化、灰水处理和CO变换等工序，气化压力2.6~8.5MPa，气化温度~℃。该技术运行操作的经验丰富，设备国产化率高，在投资和运行成本上具有明显优势，是目前商业业绩最多的第二代气流床气化工艺。国内采用该技术的生产企业包括：鲁南化肥厂、陕西渭化、山东华鲁恒升、兖矿国泰、南京金陵石化等。
01
德士古煤气化废水特性
（1）
废水的产生
德士古煤气化生产过程中，粗煤气在冷凝冷却时所含的饱和水分（主要是加压气化过程加入的水蒸气和煤本身所含的水分）形成了冷凝水。这些冷凝水汇入喷淋冷却系统循环使用，多余的水排出即形成废水。因此，废水实质上是来源于盈水循环系统排污水，其中溶解或悬浮有粗煤气中的多种成分，典型的废水水质见下表。
污染物
水质指标（mg/L）
苯酚
10
氨
~
焦油
无
甲酸化合物
~
氰化物
10~30
COD
~
（2）
废水的特性
对该表分析可知，德士古煤气化废水的特性主要表现为：①废水中不含焦油及重金属离子，酚类含量低；②废水中氰化物含量较低，好氧生化处理可得到有效降解，不需要破氰预处理；③废水中氨含量高，需进行蒸氨预处理，将氨氮浓度降低至~mg/L；④生化处理时由于碳氮比仍然失调，需外加有机碳源；⑤甲酸化合物是构成废水COD的主要污染物，废水的可生化性好。
（3）
出水水质要求
目前国内采用德士古煤气化技术的生产企业，出水水质执行《污水综合排放标准》（GB-）一级标准或《合成氮工业水污染物排放标准》（GBl-1）一级标准。氨氮作为一项最重要的水质考核指标，上述两个排放标准分别执行15mg/L和大型企业40mg/L（或中型企业70mg/L）。
02
废水处理工艺
对废水水质特性分析可知，废水氨氮浓度高，经蒸氨预处理后可降低至~mg/L，但仍需采用具有脱氮功能的生化处理丁艺。国内常用的处理工艺为：A/O、SBR及其改良型工艺。
SBR工艺是间歇性活性污泥法工艺，一个运行周期包括进水、曝气、搅拌、沉淀、撇水、闲置等阶段。该工艺主要具有以下特点：①工艺流程简单、投资低，不需要单独设置二沉池和污泥回流系统。②平面布置紧凑，占地面积小。③时间上具有理想的推流式反应器特性。④对进水水质、水量的波动有较强的适应性，运行方式灵活，有机物去除率高，脱氮效果较好。⑤具有良好的污泥沉降性能。
随着工艺技术的不断成熟，SBR工艺产生了许多改良型工艺。湖南湘潭大学的刘永淞等人综合分析了SBR的工艺特性，认为正确控制充水时间和曝气方式是最大限度提高SBR系统反应速度的重要手段。哈尔滨建筑大学的王福珍等对SBR法供气量的最优控制和曝气沉淀时间的最优分配等问题进行研究，认为应根据不同的污水性质确定最优的曝气和沉淀时间。
改良SBR工艺是在普通SBR的基础上，采用碟式射流曝气技术，对运行周期中的硝化与反硝化阶段进行了优化设计，实现了废水中氨氮的有效去除。
（1）
碟式射流曝气技术
SBR池中的曝气方式通常采用鼓风机加微孔曝气组合形式，反硝化阶段采用潜水搅拌器。这种组合形式的设备数量较多、控制系统相对复杂、处理效果受微孔曝气器完好程度的影响。近些年来，针对高氨氮煤气化废水的处理，碟式射流曝气技术得到了更多的推广及工程应用。
碟式射流曝气器由外腔、内腔、混合腔、外喷嘴、内喷嘴、进气口和进液口七部分组成。内、外腔体为上下两个碟形壳体对合粘结而成，内腔为工作介质腔，外腔为引射介质腔，自身不含任何机电和传动部件，运行时需配套的设备包括射流循环泵及鼓风机。
采用碟式射流曝气处理高氨氮废水具有如下特点：①供气时（鼓风机与射流循环泵同时运行）进行曝气充氧和混合搅拌，实现有机物的降解及硝化功能。②停止供气时（鼓风机停止运行、射流循环泵运行）进行无氧混合搅拌，实现反硝化功能。③采用双级射流技术，氧转移效率较高，运行中无堵塞问题。④射流曝气器采用FRP材质，防腐蚀、抗老化、耐磨损性能好、使用寿命长。
（2）
改良SBR的周期设置
改良SBR工艺主要是对运行周期内的硝化与反硝化段进行优化设计，实现高氨氮低COD（即低碳氮）废水的有效生物脱氮。在某煤化工企业废水处理项目中，即采用了改良SBR为核心的处理工艺，具体工艺流程见下图所示。
该项目中，改良SBR池的运行周期设置见下面某煤化工企业改良SBR池运行周期表所示。
注：（1）投加液碱补充硝化过程的碱度消耗（2）投加甲醇补充反硝化过程所需碳源。
改良SBR工艺的生物脱氮反应可以看成多个A/O串联的形式，不仅实现了好氧、缺氧状态交替的环境条件，而且可以对硝化与反硝化段的运行时间进行灵活的调整，实现对不同碳氮比废水的有效生物脱氮。在该项目中，硝化和反硝化在同一池内进行，不存在混合液回流的问题，池内废水全部参与了反硝化过程，理论上讲脱氮效率可无限接近于％。本项目设汁中，硝化与反硝化反应交替进行3次，氨氮去除率达到98％，出水氨氮浓度小于10mg/L，出水总氮浓度小于20mg/L。
03
改良SBR设计说明
改良SBR池是污水处理装置的核心单元，除了采用碟式射流曝气技术及重点考虑运行周期设置外，还需对碳源投加、碱度投加、磷投加、反硝化消氧等问题进行综合考虑。
（1）
碳源投加
经蒸氨预处理后氨氮浓度降低至~mg/L，对好氧生化处理而言，碳氮比仍然失调，反硝化过程必须外加有机碳源。
工程中通常投加甲醇作为外加碳源（采用德士古煤气化的部分生产企业主要产品之一为甲醇，可直接从生产装置区由管道接入）。甲醇的生化性非常好，易被反硝化菌吸收利用，有利于提高反硝化速率。但甲醇的火灾危险性等级为甲B类，需进行防爆区域的划分并选用防爆电器设备。
投加甲醇作为外加碳源时，反硝化反应式为：
甲醇的设计投加量为：
（2）
碱度投加
废水氨氮浓度为~mg/L，硝化反应将消耗大量的碱度。虽然原水中含有部分碱度且反消化过程可回收碱度，但仍需补充碱度并维持剩余碱度大于70mg/L。工程中通常投加液碱，在温度较低时液碱易结晶，因此储罐及管道应做好保温或伴热等工程措施。
（3）
磷的投加
原废水中磷的含量较低，不能满足好氧生化反应对磷的需求（C∶N∶P=∶5∶1），需补充磷酸或磷酸盐等物质。
（4）
反硝化消氧
由硝化反应转换到反硝化时，需要进行消氧，使溶解氧迅速降低至0.3～0.5mg/L。这部分消氧所消耗碳源量的计算至关重要，如果未考虑此消耗量将导致碳源投加的不足，影响反硝化的处理效果。
反硝化消氧的反应式为：
每个溶解氧消耗0.93个甲醇，同时消耗0.个NO3-，因此每个溶解氧实际消耗0.87个甲醇。
04
改良SBR的过程控制
改良SBR池的一个运行周期中，硝化与反硝化阶段反复交替进行。为了达到良好的处理效果，实现深度脱氮，在反应池内需设置在线pH、在线DO和在线ORP进行联合过程控制。
青岛理工大学周利及北京工业大学杨庆等人对脉冲式SBR法深度脱氮工艺及控制进行了系统研究，得到了pH、DO和ORP的变化规律。在有机物难降解阶段，DO出现跃升，pH出现由上升到下降的拐点。硝化反应结束时，DO和ORP出现跃升，pH出现由下降到上升的拐点。反硝化结束时，pH出现由上升到下降的拐点，ORP也出现拐点。实际工程中利用在线pH、在线DO和在线ORIP进行过程智能控制，可以进一步优化运行条件，提高处理效率，降低运行成本。
05
结论
（1）采用改良SBR工艺处理德士古煤气化废水处理效果好、运行稳定、操作灵活。
（2）采用蒸氨预处理可将氨氮浓度降至~mg/L，有利于后续生化反应的进行。
（3）改良SBR工艺可以看成多个A/O的串联运行方式，对废水中氨氮的去除率达到98％，出水氨氮浓度小于10mg/L。
（4）采用碟式射流曝气技术，通过对鼓风机和射流循环泵的控制，可实现硝化与反硝化的交替灵活运行。
（5）在改良SBR池中，根据工艺及运行周期的设置，应分别外加碳源（甲醇）、碱度（液碱）和磷，保证生化反应的顺利进行。
（6）在改良SBR池中没置在线pH、在线DO和在线ORP，使其与有机物降解及脱氮过程的相关指标建立了一定的关系，实现过程的智能控制。
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