焦化废水的水质复杂，且含有酚、氨氮、氰化物、硫氰化物等多种难降解、毒性污染物。目前的废水处理方法，多采用A/O 及其变形工艺，其中O 段为活性污泥法，由于O 段反应器内的生物相单一，易受到毒性污染物的抑制作用，这样导致有机化合物的去除率大幅下降。与UASB 反应器相比，EGSB 由于具有高回流和高上升流速，使之可以稀释、快速降解抑制性及毒性污染物〔1, 2〕；其次，颗粒污泥的形成，可以保证反应器高污泥浓度，同时为产甲烷菌等严格厌氧菌提供了一个厌氧环境。通入适量的氧，不会降低产甲烷菌的活性； 而且反应器里面生物相的多样性和彼此间的协同代谢作用，还可以降低有毒中间体的积累，提高系统稳定性〔3, 4〕。
目前，有学者对EGSB 反应器在微氧条件下的运行特性进行了研究，当反应器进水采用自配水，适量氧的加入，并没有对产甲烷菌产生毒害抑制作用〔5〕；还有学者采用两级UASB 反应器处理焦化废水，由于UASB 反应器较低的上升流速，COD 的最大去除率只有55%～60%〔6〕。基于上述情况，笔者进一步讨论EGSB 反应器中曝气量对焦化废水处理效果的影响，并同时考察液体上升流速及进水COD 对COD 去除率的影响，以期为今后EGSB 反应器高效处理焦化废水的工程实践提供理论依据。
1 实验材料与方法
1.1 EGSB 反应器
实验所用EGSB 反应器总体积为18 L，反应区体积为12 L，内径为100 mm，高径比为17∶1；沉淀区体积为6 L，内径为140 mm。反应器采用保温棉与地热辐射膜包裹，并用水浴锅对进水进行加热，以维持反应器的温度在30～35 ℃。实验装置如图 1 所示。
图 1 EGSB 反应器工艺流程
1.2 接种污泥和实验用水
厌氧EGSB 反应器内的颗粒污泥是通过接种市政消化污泥并用啤酒自配水培养、驯化得到的，待反应器稳定运行后，开始向回流柱里面曝气，使反应器内部厌氧颗粒污泥处于微氧环境。
实验所用焦化废水取自太原煤气化集团第一焦化厂和第二焦化厂的调节池，其COD 为500～1 740mg/L，pH 为8.0～9.2，色度为126～401 倍，浊度为55～80 NTU，焦化废水中小苏打添加量为3 g/L。
1.3 分析测试方法
COD 用重铬酸钾法〔7〕；pH 用pHS-3C 酸度计；色度用稀释倍数法；浊度用便携式浊度计法。
颗粒污泥的粒径采用筛分法，污泥浓度（MLSS）采用重量法测定。
2 结果与讨论
2.1 进水COD 对COD 去除率的影响
实验分为三个阶段：第一阶段（0～18 d）；第二阶段（19～44 d）；第三阶段（45～53 d）。进水流量控制在1 L/h，曝气量为4 000 mL/min，液体上升流速（Vup ）为2.4 m/h。实验分析了不同进水COD 下，EGSB 反应器处理焦化废水的运行情况，结果如图 2 所示。
图 2 进水COD 对COD 去除率的影响
第一阶段，当进水COD 控制在500～733 mg/L之间时，开始得到的COD 去除率为35%，随着反应器的不断运行，出水COD 逐渐减小，相应的去除率不断提高，最后的3 d 时间里，去除率稳定在75%左右。从第19 天开始，将进水COD 提高到1 340～1 740mg/L，这时COD 去除率快速下降，一直降到9%。到35～44 d，去除率有所提高，最终稳定在37%左右。从第45 天开始，再次降低进水COD，一直降到650mg/L，这时的去除率开始上升，达到62%，反应器稳定运行5 d 后，去除率继续上升，并达到76%。这可能是由于反应器内存在着大量进行共代谢作用的厌氧和好氧菌群，当曝气量一定时，微生物可以最大程度地利用溶解氧（DO）来降解废水中的COD，当废水有机物浓度升高时，DO 这时已经成为制约因素，使得好氧菌不能得到足够的氧来及时降解废水中的有害物质，不能为产甲烷菌等厌氧菌提供一个有利的代谢环境〔8〕，所以导致第二阶段COD 去除率的快速大幅下降。
2.2 曝气量对COD 去除率的影响
EGSB 反应器加入适量的氧可以提高COD 去除率，但对于不同的进水浓度，所需的曝气量是不同的。为此，分别考察了进水流量为1 L/h，Vup=2.4 m/h时，曝气量对不同进水COD 时的处理效果的影响，结果如图 3、4 所示。
图 3 曝气量对COD（500～733 mg/L）去除率的影响
由图 3 可见，反应器处理低COD 浓度的进水时，第1 天的COD 去除率为34%，到第3 天达到61%。从第6 天开始，将曝气量提高到8 000 mL/min，COD 去除率不断提高，由67%上升到74%。接下来继续加大反应器的曝气量，并控制在15 000 mL/min，在最初2 天，反应器的去除效果稳步提升，最高达到82%，随着反应器继续运行，COD 去除率逐渐下降到62%。由图 4 可见，处理高COD 浓度的进水时，曝气量为4 000 mL/min 时，COD 平均去除率为28%，曝气量为8 000 mL/min 时，COD 平均去除率提高到52%，继续提高曝气量到15 000 mL/min 时，去除率达到58%，随后开始下降。对比图 3、4 可以发现，通过增加曝气量，为反应器补充一定的DO 可以提高反应器的去除效果，与15 000 mL/min 相比，8 000 mL/min 时的曝气量，更有利于反应器的稳定运行；曝气量由4 000 mL/min 提高到8 000 mL/min，COD 为500～733 mg/L 和1 340～1 740 mg/L 的焦化废水，去除效果达到稳定时所用的时间分别为2 d和5 d。
2.3 液体上升流速对COD 去除率的影响
液体上升流速是保证EGSB 反应器高效稳定运行的关键，Vup过低使得污泥床层不能实现有效膨胀，影响到泥水间的传质效果，导致反应器的去除效果较差；尽管在EGSB 反应器里，上升流速与基质去除之间存在的关系还不是很清楚，但是，污泥的尺寸似乎起着非常重要的作用〔9〕。下面，通过逐步提高液体上升流速，来观察COD 的去除率及污泥的粒径分布。
反应器的曝气量为8 000 mL/min，进水COD 控制在1 340～1 740 mg/L，考察反应器的不同Vup对COD 去除率的影响，结果如图 5 所示。
图 5 Vup对COD 去除率的影响
由图 5 可见，Vup从2.4 m/h 增加到2.9 m/h 时，COD 去除率由50%提高到71%；将上升流速继续提高到3.5 m/h 时，COD 去除率由71%增加到74%，但后续COD 去除率开始下降，一直降到42%。这可能是由于Vup为2.4 m/h 时，污泥主要集中于反应器中下部，泥水间传质效果差，污水中的有机物不能被有效去除；而提高到3.5 m/h 时上升水流形成较大的剪切力，对颗粒污泥造成一定的破坏，降低了反应器内的污泥质量浓度，不利于反应器的长期稳定运行〔10〕，因此Vup控制在2.9 m/h 较合适，具体污泥质量浓度和粒径分布见表 1、表 2。
由表 2 可见，Vup由2.4 m/h 增加到2.9 m/h 时，大粒径污泥的比例在增多，0.8～1.25 mm 粒径分布的污泥质量分数增加了2%，粒径为0.45～0.80 mm 的颗粒污泥则由24%增加到53%；当Vup由2.9 m/h 增加到3.5 m/h 时，0.8～1.25 mm 和0.45～0.80 mm 粒径分布的颗粒污泥分别减小了6%和47%，0～0.45 mm粒径分布的颗粒污泥则由原来的36%增加到91%。观察发现，上升流速的适当提高可以使得厌氧污泥颗粒化，污泥平均粒径增大；但是过高的上升流速会对反应器中的颗粒污泥形成过度剪切，甚至破坏，导致污泥解体，随出水一同流失。而形成的颗粒污泥，构成了空间上的好氧、微氧及厌氧环境，污泥外层丝状菌占优势，内层则以杆菌、丝状菌、球菌等混生为主；不同类型细菌紧密排列，可以及时转移、降解一些毒性有机物的中间代谢产物，降低对甲烷菌的抑制作用，提高反应器的处理效率〔11〕。。
3 结论
（1）微氧EGSB 反应器在处理低浓度的焦化废水时，COD 的去除效果较好，达到62%～82%。
（2）提高曝气量可以明显改善焦化废水中COD的去除效果，适宜的曝气量为8 000 mL/min，当COD为500～733 mg/L 和1 340～1 740 mg/L 时，去除率分别为82%和58%。
（3）通过提高Vup ，可以强化反应器中泥水两相间的传质效果，进而提高焦化废水中COD 的去除效果；但过高的Vup会导致EGSB 反应器内颗粒污泥的破坏甚至解体，不利于反应器的长久稳定运行，因此，合适的Vup为2.9 m/h。
