煤气化过程会产生大量含酚类、多环芳烃、硫化物、氰化物、矿物油等物质的废水，是典型的有毒有害、难处理的工业废水。利用微生物、生化法处理污水是污水处理中应用最广泛的技术。鲁奇气化废水成分复杂，又含有对微生物有毒有害的酚、矿物油、氰化物等有机物，利用生化法处理废水时，微生物培养非常困难，特别是生化系统起始阶段的微生物培养。目前国内生化技术处理鲁奇气化废水，多采用稀释法，低浓度起始，梯度式驯养，起始时间长，处理效率低。因此提高生化处理的效率，解决微生物对煤气化废水的适应性是当前鲁奇气化废水生化处理的关键。
HWO生化处理技术是源自日本的一种生化处理新技术。该技术采用高活性微生物、微生物活化剂和微生物活化技术，利用广谱型微生物菌种，通过筛选、活化、驯养、增殖，现场培养出生存能力强、抗逆性强、处理效率高的优势微生物菌群，能提高微生物对有毒有害环境的适应性，从而提高微生物对难处理有机物的降解效率。因为HWO生化技术能够有效地解决污水生化处理过程中的诸多难题，新疆凯旋新世纪环保科技有限公司尝试利用HWO生化技术处理鲁奇气化废水，考察了生化起始阶段微生物相的变动情况，以便更好地掌握鲁奇气化废水生化处理的关键控制点。
1、实验
1.1 工艺及设备
生化工艺为厌氧+好氧1+好氧2+好氧3，厌氧段的容积为16L，其余工段的容积均为6L。设计各装置处理水停留时间：厌氧处理为2.5d，其余各池停留时间约为1d。
厌氧工艺设备为2个独立的有机玻璃圆柱状容器，容积分别为12L和4L，在大容器中填充1.6L的HWO专用填料，填料只在其内部循环。2个容器上部有管道连接，底部采用循环泵循环连接，容器密闭，尽量避免与空气接触，容器上部设计有进料口、采样口，下部设有排泥口。
好氧工艺设备有效容积为6L的敞口方罐，其内填充0.6L的HWO专用填料，罐底部有曝气盘，搅拌器由顶部插入搅拌。
1.2 实验方法
设定好氧第3池（生化处理最后一池）连续进水15d，同时CODcr的降解率达到70%以上时，为起始阶段完成。
实验采用河南义马气化厂鲁奇煤气化废水为研究对象，起始阶段废水水质为（实时取样，密闭封存）：CODcr为5581mg/L，总酚质量浓度为856mg/L，挥发酚质量浓度为151mg/L，矿物类油质量浓度为200mg/L。
起始条件：取原水16L注入厌氧装置，再添加HWO厌氧微生物菌种48g，活化剂16mL，HWO填料1.6L，调整pH值至8.5，内循环2d后开始连续进水推流，推流量为6.3L/d，每5d补充添加16g的厌氧微生物菌种。厌氧装置温度控制在33℃~37℃。检测ORP（氧化还原电位）值在-400~-480。
好氧段各池在推流水量至处理装置水池一半时，按好氧池有效池容含水量的1‰，添加6gHWO好氧微生物菌种，并且每3d补充添加3g的HWO好氧微生物菌种。好氧装置在常温下运行。
实验条件下检测进、出水的CODcr值、ORP值以及pH值、DO值；实验采用江西凤凰BMC500系列生物显微镜镜检微生物相。
2、实验结果
2.1 厌氧处理起始阶段生物相变化
HWO技术条件下，高浓度鲁奇气化废水在厌氧工段接种HWO厌氧微生物菌种后，厌氧处理起始阶段生物相变化情况见图1。由图1（a）可知，起始24h即可观察到大量以杆状微生物为主的微生物群落活动，且微生物繁殖很快，72h后观察到微生物数量大幅增加，主要还是以杆状微生物为主，但已能观察到有球状以及其他性状的微生物少量发生，见图1（b）。厌氧处理的第10d微生物的构成和种类发生很大变化，不仅有杆状微生物，还有念珠状、球状等多种微生物大量存在，见图1（c），到第15d时，上述变化更为明显，见图1（d）。
2.2 好氧处理微生物相变化
原水经过厌氧处理后，推流进入好氧装置，开始好氧处理。好氧处理阶段生物相变化情况（放大640倍）见图2。由图2可知，好氧处理初期有相当数量的杆状、球状、念珠状等多种形态的微生物活动和繁殖。与厌氧处理起始阶段以杆状微生物为主的发展方式不同的是，好氧处理起始阶段的微生物种类更为复杂（见图2（a）），活性也不尽相同。随着时间的推移，大型的原生动物种类和数量都变多，特别是以壳虫类、游泳型纤毛虫、固着型纤毛虫类、鞭毛虫等原生动物为多见，也有其他尚不能辨识的多种环境微生物出现。从构成上来看，起始时水体内细小的微生物数量较多，壳虫类和纤毛虫类的微生物很明显。特别是壳虫类的微生物，在整个好氧起始阶段都可以看到。随着时间的推移，水体里的微生物数量变少，填料中的微生物增多，组成也相对复杂，微生物的构成相对成熟。
2.3 起始期间COD及主要污染物变化
起始阶段结束后（好氧第三池进水第15d，开始进水后的第22d），对处理后出水的分析显示，废水中挥发酚质量浓度降至0.124mg/L，总酚质量浓度降至78mg/L，矿物油质量浓度降至3.48mg/L，处理出水的CODcr降至760mg/L，COD的降解率已经超过85%。
3、结果分析
3.1 起始阶段微生物存活早，繁殖速度快
废水中微生物存活早、繁殖速度快是HWO生化技术处理鲁奇气化废水的一大特点。经酚氨回收后的鲁奇气化废水中，一般都含有质量浓度300mg/L以上的酚和100mg/L以上的矿物油以及其他一些对微生物有毒有害的物质。根据现有的经验，一般条件下微生物生存下来均需要较长时间，特别是厌氧微生物，培养起来需要数月甚至更长的时间。微生物生存环境差是煤气化废水生化难处理的主要原因。实验中显微镜照片显示，HWO生化技术条件下的厌氧微生物能够克服高浓度酚和油的影响，24h内很快就适应了煤气化废水的恶劣环境，并快速增殖（见图1（a））。微生物生存能力的这种变化，应该是HWO生化技术中的微生物菌种和微生物活化剂以及活化方法起了决定性的作用。微生物能够存活并快速繁殖是生化法处理鲁奇气化废水的最重要因素，将是提高鲁奇气化废水生化处理能力的关键。
3.2 微生物种群复杂
好氧处理起始阶段就可观察到多种微生物，说明在HWO生化工艺条件下，可以有多种微生物适应鲁奇气化废水的生存环境，或者说有多种微生物菌群能够适应煤气化废水的恶劣环境（见图2）。观察还发现，微生物菌群结构随着发生时间的变化而变化。厌氧状态的微生物是比较单一的杆状微生物，先发生，在先发生的微生物大量繁殖过程中，其他微生物得以发生并快速繁殖，然后不同微生物之间达到平衡，形成一个最适应煤气化废水生存环境的优势微生物菌群。这个优势微生物菌群的生存和发展，与初始微生物的生存能力以及由初始微生物造成的煤气化废水成分的变化有关系。
图2显示，好氧微生物也有类似厌氧微生物发展同样的表现。HWO生化技术处理鲁奇气化废水时，在好氧起始阶段，微生物的种群短时间内发生了很大的变化。起始初期就观察到有大量的微生物出现（见图2（a）），其后微生物大量繁殖，第5d就记录到了原生动物出现，起始结束时原生动物种类也非常丰富（见图2（c）、（d）），处理水中出现了种类丰富的各种原生动物群体，说明此时的处理水质已趋于稳定。原生动物最早能观察到的是壳虫类和游泳型纤毛虫类原生动物，其次是盖虫类等其他类型的原生动物。含有丰富原生动物的水体，特别是盖虫类等指示性原生动物的出现，说明处理的煤气化废水已经基本脱离了有毒有害的环境，水质已经大幅度变好。
3.3 鲁奇气化废水处理可在高浓度条件下起始
实验的显微镜照片显示，HWO生化技术处理高浓度鲁奇气化废水时，起始阶段的微生物发生、发展状态良好，数量大，种群结构丰富，活性高。与现有生化技术处理鲁奇气化废水起始时原水需要稀释到较低浓度，起始时间长（需要数个月），有害物质及COD的去除效率低相比，形成很大的反差。说明HWO生化技术能够解决微生物在高COD、高含酚、含油、含多种有害有机物的煤气化废水的恶劣环境中生存的问题。从观察到的现象来看，杆菌类微生物是鲁奇气化废水厌氧生化处理段的标志性微生物，它对鲁奇煤气化废水的恶劣环境的耐受性很强，它的生存为其他微生物和形成优势微生物菌群打下了基础。
根据实验起始阶段鲁奇气化废水水质的变动情况，好氧段只经过15d，酚和矿物油就都降解到很低的水平，COD也降解到760mg/L，说明对于鲁奇气化废水，生化处理最难的起始阶段已经可以平稳起始，随着微生物驯养时间的延长，微生物驯养水平的不断提高，可以期待利用HWO生化技术处理鲁奇气化废水取得更好的效果。
4、结语
HWO生化处理技术有效地提高了鲁奇气化废水中微生物的生存效率和生化处理的效率。从厌氧和好氧条件下起始阶段的微生物照片来看，HWO生化条件下接种的微生物存活早、繁殖速度快、种群结构复杂，在高浓度条件下，能够快速起始，对于提高鲁奇气化废水生化处理效果，开发鲁奇气化废水生化处理新工艺，从根本上处理好煤气化废水很有意义。
在鲁奇气化废水好氧处理的过程中，壳虫属微生物的出现时间早，整个起始期都能观察到，壳虫属微生物在好氧处理起始阶段非常明显的存在表示了何种意义，尚不十分清楚，需要更深入研究。（来源：新疆凯旋新世纪环保科技有限公司）
