焦化废水中含有很多难生物降解的有机物,近年来,虽然对焦化废水处理方法的研究已经有许多,但一直都难以达到满意的效果。另外,随着焦化行业污水排放标准的提高,现行的一些主流工艺,如A/A/O、A/O等工艺都难以实现焦化出水达标排放。本论文通过对A/A/O工艺中A,厌氧段进行改造,提出新型软结构厌氧折流板反应器结构的设想,以活性炭纤维毡(ACF)作为厌氧折流板反应器的内部挡板材料,对反应器的结构及相关尺寸进行设计,对软结构反应器的水力学特性进行研究；O段引入好氧颗粒污泥技术,研究活性炭粉末的粒径、比表面积、吸附值、投加量等因素对好氧颗粒污泥形成的影响,并对颗粒污泥特性(机械强度、沉降速度、表观结构及微观特性)进行研究,观察颗粒污泥对焦化废水的处理效果；将ACF-ABR反应器与A/O-MBR工艺相结合,建立组合工艺一体化设备小试系统,确定结构及相关尺寸,采用GC/MS分析技术研究组合工艺对高浓度有机废水(焦化废水)的处理效果。主要试验过程及结果如下：(1)新型软结构厌氧折流板反应器特性研究：试验采用自制的厌氧反应器,对传统的A1-A2-O工艺中A1段进行改造,以活性炭纤维毡作为反应器内部主体材料。a.清水水力特性研究：通过示踪剂实验,测定不同条件下反应器的停留时间分布,结果表明,随着水力停留时间的增大反应器内水流的推流现象逐渐变得明显；另外,格室数的增大,也反映出水流的推流现象加强。比较发现,在水力停留时间及格室数相同的条件下,ACF-ABR反应器的N值基本比有机玻璃挡板反应器的大,表明以活性炭纤维毡为挡板的ABR反应器相对有机玻璃为挡板反应器的推流效果更明显。b. ACF-ABR反应器对焦化废水处理效果的研究：向软结构厌氧反应器中投加取自芜湖新兴铸管厂生化处理站的厌氧污泥800mL,经过污泥培养期、污泥驯化期和稳定运行期三个阶段,系统成功启动。系统稳定运行期间,ACF反应器对焦化废水中的COD和NH4+-N均有较明显的去除效果,平均去除率分别在41.2%和76.9%左右；出水可生化性明显提高,B/C由原水的0.21增加到0.35,出水中COD和NH4+-N的波动幅度分别下降17%和69%。(2)好氧颗粒污泥培养条件与特性研究：采用普通的活性污泥作为种泥,在SBR反应器中利用模拟豆浆废水培养好氧颗粒污泥。向每套SBR反应器中加入经活化后的絮状污泥500m1,进行同步培养,12h为一周期,换水率为50%,考察曝气强度、活性炭粉末的粒径等对颗粒污泥形成的影响,实验结果表明,活性炭粉末最佳粒径为140目,上升速度u=1.40cm/s,沉降时间在2min时,培养出好氧颗粒污泥数量最多、粒径分布最集中,为最佳培养条件。培养成熟的好氧颗粒污泥近乎圆形或椭圆形、轮廓清晰,表面及内部可见活性炭颗粒；由较多交织缠绕的丝状菌和大量的菌体组成颗粒污泥,内部呈孔隙、层状结构,发现有兼性厌氧球菌；具有较好的机械强度,平均沉降速度为48.48m/h,沉降速度为普通活性污泥的5倍以上。污泥全部颗粒化时,COD负荷2.6～3.2g/L·d, COD去除率可达到70～94%。(3) O-MBR组合工艺效果考察：膜组件采用温州乐清腾祥膜技术有限公司生产的PP聚丙烯帘式中空纤维膜,膜孔径0.1～0.2μm,膜面积0.2m2,采用浸渍式。实验结果表明,MBR系统主要是通过膜阻隔和生物降解作用表现出良好的COD和氨氮去除效果,随着试验的进行,反应器中的微生物大量增殖,使得O段反应器中的污泥浓度不断升高,而随着污泥浓度的升高,反应器中有机物的去除效果也逐渐提高,出水COD、氨氮的去除率逐渐提高,出水中COD和氨氮含量最低可降至36.9mg/L,氨氮浓度为6.9～14.3mg/L。分析认为,MBR膜通过截留作用去除水中的一些悬浮或较大分子的有机物,从而大大降低了滤膜出水的COD值,提高了出水COD的去除效率；对氨氮的去除主要是靠A/O段反应器中微生物的硝化与反硝化作用,膜的截留作用在去除过程中的作用很小。(4)组合工艺对焦化废水的处理效果：在室温条件(25～35℃)下运行ABR-A/O-MBR组合工艺小试系统,试验结果表明：以活性炭纤维毡作为挡板材料,不仅能实现传统ABR反应器改变水流方向、延长水力停留时间等优点,还能对污染物起到一个吸附作用,使废水中的一些颗粒物和大分子污染物在反应器的各个格室中有不同程度的富集。GC/MS分析表明焦化废水中各污染物在ABR-A/O-MBR各工艺环节的降解特征：焦化废水主要有污染物包括酚类、苯系物、含氮杂环化合物、石油烃、酯类及酸和醇,其中酚类含量最高。经过软结构生物反应器处理,废水中的酚类、喹啉、吡啶、吲哚、萘等含氮杂环化合物开始降解成石油烃类物质；BOD/COD值由原水的0.21增至0.35,可生化性明显提高；在缺氧和好氧段废水中的大部分酚类基本被降解,并且开始降解烷酸等有机物,但长链烷烃、酯类、醇类、卤代烃及胺类物质等仍未被生物降解。