亲水性聚氨酯载体多级曝气生物膜反应器高效处理煤气化废水的研究

为解决煤气化废水(CGW)中高浓度NH4 + -N和难降解有机物处理的难题，研究人员开发了基于亲水性聚氨酯载体的多级曝气生物膜反应器。该反应器在HRT 24-8 h条件下NH4 + -N去除率稳定>97%，COD去除率达42.68%，并通过EPS分析和微生物群落解析揭示了PLTA13等关键菌属的降解机制，为工业废水处理提供了创新解决方案。

　　

随着全球能源结构转型，煤气化技术作为清洁能源生产方式日益重要，但其产生的煤气化废水(CGW)含有高浓度氨氮(NH₄
⁺
-N)、酚类、长链烷烃等难降解污染物，传统单级生物处理系统易受冲击负荷影响，存在硝化不完全、载体生物膜稳定性差等问题。针对这些挑战，国内研究人员设计了一种采用亲水性聚氨酯(PU)载体的多级曝气生物膜反应器，相关成果发表在《Journal of Environmental Management》。

研究团队采用三级反应器结构，通过调节水力停留时间(HRT)评估处理效能，结合三维荧光光谱(EEM)和气质联用(GC-MS)分析有机物降解，并利用高通量测序解析微生物群落。实验所用CGW取自内蒙古某煤化工企业二沉池出水，COD 158-266 mg/L，NH₄
⁺
-N 61-110 mg/L。

降解性能部分显示：在HRT 24/12/8 h条件下，NH₄
⁺
-N去除率均>97%，完全转化为硝酸盐；HRT 12 h时COD去除最佳(42.68%)，烷烃、酚类、邻苯二甲酸酯去除率分别达75.66%、76.58%、63.89%。

微生物分析揭示：载体表面形成高稳定性生物膜，胞外聚合物(EPS)中蛋白质/多糖比达3.35-5.85；硝化菌群以Nitrosomonas(氨氧化菌AOB)和Nitrospira(亚硝酸盐氧化菌NOB)为主；PLTA13、Fimbriimonadaceae等菌属对难降解有机物分解起关键作用。

该研究证实多级反应器设计能有效分配污染负荷，亲水性PU载体显著提升生物膜稳定性。相比传统工艺，该系统在抗冲击负荷、同步脱氮除有机物方面具有显著优势，为工业废水深度处理提供了新思路，尤其适用于煤化工等高污染行业。研究提出的HRT优化参数(12 h)和微生物调控策略可直接指导工程实践，其关于EPS与生物膜稳定性的发现为后续载体材料开发提供了理论依据。