焦化廢水生物處理基礎(chǔ)研究及其工藝設(shè)計(jì)

丁曉軍 吳潔

（東臺(tái)市環(huán)境科學(xué)研究所 江蘇東臺(tái) 224200）

焦化廢水生物處理基礎(chǔ)研究及其工藝設(shè)計(jì)

丁曉軍 吳潔

（東臺(tái)市環(huán)境科學(xué)研究所 江蘇東臺(tái) 224200）

本文中從生物處理焦化廢水的多種菌中選出了四種優(yōu)勢(shì)菌進(jìn)行了降解實(shí)驗(yàn)，之后將優(yōu)勢(shì)菌進(jìn)行了混合和固定化操作得出了一種高效復(fù)合菌，使用水解—好氧兩段式SBR處理了焦化廢水中的喹啉和吡啶兩種難生物降解污染物，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出了優(yōu)勢(shì)菌處理焦化廢水的最佳溫度和pH值條件。其次通過(guò)控制變量法對(duì)廢水濃度和水力停留時(shí)間兩個(gè)因素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)得出了處理焦化廢水的最佳水力停留時(shí)間和廢水濃度。

焦化廢水；SBR法；降解率

自1980年以來(lái)，我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，尤其是煉焦制氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展更為迅猛，焦化制氣行業(yè)工廠不斷擴(kuò)大其生產(chǎn)規(guī)模。未經(jīng)處理或者處理后不達(dá)標(biāo)就直接排放到環(huán)境中，將造成江海、湖泊、河流等地表水以及地下水的污染，引起水質(zhì)惡化，水生生物死亡或者變異，更加劇了水資源的緊缺程度[1]。

焦化廠中高溫條件下干餾煤、天然氣的純化和其他化工產(chǎn)品的精煉工藝過(guò)程中都會(huì)伴隨著焦化廢水的產(chǎn)生。焦化廢水的成分較為復(fù)雜，它含有上百種的溶解性有機(jī)物，其中有80%以上的酚，部分單環(huán)、多環(huán)芳香族有機(jī)物，含氮、磷、硫的雜環(huán)化合物，此外還有一些無(wú)機(jī)鹽類無(wú)機(jī)物。焦化廢水一般含有1～3g/L的COD濃度，200mg/L的氨氮濃度，屬于較難生物處理的高濃度工業(yè)廢水。尤其是焦化廢水的脫氮處理已經(jīng)成為了當(dāng)今急需解決的環(huán)境問(wèn)題之一[2]。

1 優(yōu)勢(shì)菌株的篩選

實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)本人選用了肉湯作為培養(yǎng)基對(duì)營(yíng)養(yǎng)變形桿菌、45號(hào)桿菌、巨大芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌4種菌進(jìn)行培養(yǎng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)用751-GW分光光度計(jì)測(cè)量時(shí)發(fā)現(xiàn)肉湯本身帶有的少量棕黃色會(huì)影響測(cè)定，說(shuō)明培養(yǎng)基顏色對(duì)實(shí)驗(yàn)的測(cè)定有較大的影響。所以之后在實(shí)驗(yàn)中選用了葡萄糖作為培養(yǎng)基，四種菌株曝氣了5h之后，經(jīng)測(cè)量和分析，計(jì)算出它們對(duì)喹啉的去除率。結(jié)果見(jiàn)表1

表1 四種菌株對(duì)喹啉的去除率

2 優(yōu)勢(shì)菌株的降解特性

2.1 溫度對(duì)菌株降解速率的影響

分別在10℃、20℃、30℃、40℃、50℃下對(duì)四種細(xì)菌進(jìn)行5h的曝氣，再用它們處理喹啉廢水，測(cè)量計(jì)算出去除率并制作曲線圖，圖中有四條折線，每條折線代表一種細(xì)菌，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)得出四種細(xì)菌在40℃左右時(shí)的降解率最高。具體數(shù)據(jù)見(jiàn)圖1。

圖1 不同溫度的吡啶去除率

圖2 pH值不同時(shí)四種菌對(duì)吡啶的去除率

2.2 pH值對(duì)菌株降解率的影響

將四種細(xì)菌分別在 pH為 5、6、7、8、9、10時(shí)進(jìn)行 5h曝氣之后，測(cè)定并計(jì)算出各自對(duì)吡啶的去除率，得出結(jié)論在pH為7左右時(shí)降解率最大。數(shù)據(jù)見(jiàn)圖2。

3 水解-好氧兩段SBR處理焦化廢水

不同的水力停留時(shí)間和濃度條件下焦化廢水的處理效果也不同。實(shí)驗(yàn)時(shí)用0.9%的生理鹽水沖洗富集培養(yǎng)篩選出來(lái)的營(yíng)養(yǎng)變形桿菌和其他優(yōu)勢(shì)菌株，再加入盛有活性污泥的好氧反應(yīng)器中。實(shí)驗(yàn)通過(guò)控制變量法進(jìn)行測(cè)定水力停留時(shí)間和廢水濃度兩項(xiàng)影響因素對(duì)焦化廢水處理的去除率影響。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定得出這樣的結(jié)論：①濃度不變時(shí)，厭氧水解和好氧曝氣處理分別在12h和18h時(shí)的降解率較高，此時(shí)的系統(tǒng)耗能較少且去除率高。②相同的水力停留時(shí)間下，高濃度的廢水處理效果優(yōu)于低濃度廢水的處理效果。這是因?yàn)榈拓?fù)荷時(shí)水中COD、氨氮等細(xì)菌的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)較少，不能滿足微生物生長(zhǎng)的需求，一些微生物進(jìn)行內(nèi)源呼吸，污泥活性較低，此時(shí)的處理率較低；當(dāng)進(jìn)水負(fù)荷高時(shí)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)相對(duì)充足，微生物大量生長(zhǎng)繁殖，對(duì)廢水的降解也相對(duì)較高[3]。

4 SBR法過(guò)程動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)研究情況

目前人們對(duì)SBR法處理廢水的動(dòng)力學(xué)研究有以下幾方面：細(xì)菌繁殖、酶促反應(yīng)以及反應(yīng)器中流體擴(kuò)散的動(dòng)力學(xué)，逐漸掌握了生物處理的內(nèi)在原理和規(guī)律。結(jié)合實(shí)際處理系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型和試驗(yàn)法來(lái)測(cè)定得出可靠的生化動(dòng)力學(xué)參數(shù)，從而可以定量化設(shè)計(jì)方法。這周生化動(dòng)力學(xué)主要有底物降解動(dòng)力學(xué)和微生物降解動(dòng)力學(xué)兩方面。前者研究的是底物濃度和生物量對(duì)降解的影響，后者則是研究微生物增長(zhǎng)與底物濃度、生物量等因素間的關(guān)系。

5 結(jié)語(yǔ)

本文主要通過(guò)生態(tài)篩選富集處理焦化廢水的優(yōu)勢(shì)菌株和對(duì)它們的固定化，研究了高效處理焦化廢水的難生物降解污染物的操作條件和運(yùn)行參數(shù)，并且對(duì)SBR法處理焦化廢水的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了研究，得出了反應(yīng)操作的最佳溫度為40℃和最佳pH值為7；運(yùn)行參數(shù)中最佳水力停留時(shí)間厭氧水解和好氧曝氣分別為12h和18h。實(shí)際降解焦化廢水工作中要結(jié)合具體情況選擇最佳工藝和適合的優(yōu)勢(shì)菌株，通過(guò)科學(xué)地控制反應(yīng)條件、進(jìn)水負(fù)荷和水力停留時(shí)間等運(yùn)行參數(shù)，達(dá)到最好的去除效果。

[1]趙月龍.焦化廢水生物處理基礎(chǔ)研究及其工藝設(shè)計(jì).太原理工大學(xué),2004,05.

[2]劉尚超，王光輝，薛改鳳.焦化廢水生物處理技術(shù)研究進(jìn)展.天津大學(xué),武鋼技術(shù),2008,02.

[3]陳雪松,許惠英,李成平.SBR用于焦化廢水生物處理的試驗(yàn)研究.環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備,2005,06.

丁曉軍（1983—），男，漢族，本科，江蘇東臺(tái)人，主要從事環(huán)境影響評(píng)價(jià)及環(huán)境工程。