焦化废水具有成分复杂、毒性大、生物难降解有机物含量高,氨氮(NH4+-N)浓度高,水质变化大等特点,直接排放将严重污染生态环境。目前,人们对焦化废水生物处理的研究主要集中于序批式间歇反应器(SBR)和A-A-O工艺。它不仅能去除废水中的NH4+-N污染物,而且化学耗氧量(COD)等指标也有改善,但仍存在运行和操作费用偏高、耐冲击性和适应性差的问题,推广应用受到限制。因此,有必要寻求一种能够同时高效低耗脱除焦化废水中COD和NH4+-N的方法。本研究采用移动床生物膜反应器(MBBR)处理焦化废水,研究了MBBR中的氧传递性能、微生物驯化挂膜、MBBR对焦化废水的脱碳除氮效果、MBBR处理焦化废水的本质及MBBR去除COD、NH4+-N的动力学模型;重点考察了MBBR对焦化废水的处理效果及其处理焦化废水的本质,探讨了MBBR用于有毒难降解焦化废水长期处理的可行性。文中首先探讨了MBBR中氧传递性能,认为提高曝气量在一定范围内会提高氧转移效率。但过高的曝气量会因内部质点运动剧烈而导致微生物挂膜困难,并使生成的生物膜容易脱落,另外还会带来生物填料流失的问题。实验结果表明,综合考虑氧转移效率和能量消耗,MBBR在实际运行中曝气量控制在0.3 m3·h-1,生物填料填充率以30% - 50%为宜。生物填料通过改变反应器内气泡大小和气液接触面积,进而减少传质阻力来影响MBBR内氧传递性能。实验中采取逐步增加焦化废水比例的方式对MBBR进行挂膜启动。在经历近60天的运行后,生物膜对COD为1300 mg·L-1左右的焦化废水具有较高且稳定的COD去除率,最高可达93.56%。同时给出了根据COD变化判定挂膜成功的标准,即在实验水温(13 - 21°C)下,当MBBR对COD去除率在90%左右,且生物量增长缓慢(3%左右)时可认为挂膜成功。MBBR实验室稳定运行阶段处理焦化废水的研究结果表明:MBBR的出水质量优于传统工艺,当系统有机负荷(OLR)为0.449 kgCOD·m-3·d-1时,MBBR对COD的去除率达92.9%,出水COD浓度可低于100 mg·L-1,达到国家一级排放标准(GB8978-1996);当进水NH4+-N浓度为257.5-361.2 mg·L-1时,NH4+-N去除率达93%以上,达到国家一级排放标准对现有生产企业的排放要求(GB8978-1996)。MBBR耐冲击负荷,即使OLR为2.628 kgCOD·m-3·d-1时,COD的去除率仍可达70.9%;对水质水量变动的适应性强,当OLR从0.522 kgCOD·m-3·d-1突增到2.298 kgCOD·m-3·d-1时,COD去除率仅下降了8%,这与MBBR内高浓度、高活性生物量的存在密切相关。MBBR内微生物量多且活性高,整个运行过程中,悬浮态微生物量为3699 - 3721 mg·L-1,附着态微生物量为1289 - 1311 mg·L-1,且反应器内附着态微生物活性高于悬浮态微生物活性,以COD去除率为指标,附着态生物膜对COD去除率的贡献为40% - 60%;MBBR中附着态生物膜内可存活世代时间较长的微生物,经鉴定,主要菌群为假单胞菌、微球菌和硝化细菌。论文最后讨论了MBBR内附着态微生物和悬浮态微生物对焦化废水中COD和NH4+-N的去除动力学,采用双Monod方程的形式给出了两相微生物去除COD和NH4+-N的动力学模型,模型中的关键参数(即附着态生物膜的最大COD和NH4+-N去除速率)与特定的填料类型、工艺形式及工艺运行状态相关,需根据实际情况对其进行估计和测定。