生物強化技術處理煤制氣廢水中長鏈烷烴的研究

張 沖

(山西焦煤西山煤電集團馬蘭礦選煤廠，山西 太原 030053)

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生物強化技術處理煤制氣廢水中長鏈烷烴的研究

張 沖

(山西焦煤西山煤電集團馬蘭礦選煤廠，山西 太原 030053)

在環保節能理念的深度推進下，礦產企業也跟上了時代的步伐。工業生產中的廢水較多，但由于其生物的陌生性和結構的復雜性，導致這類廢水濃度高、毒性強且不易降解。在水資源日益缺乏的今天，對廢水處理后循環利用是環保理念中的重要內容，而工業廢水在廢水中所占比例較大且處理難度較高，特別是煤礦產業中的廢水，所以對其進行強化處理是很有必要的。通過對煤制氣廢水的成分進行分析，探討生物強化技術中的長鏈烷烴在其廢水處理中的機理和效能。

生物強化技術；煤制氣廢水；長鏈烷烴；綠色環保

引 言

在現代工業及其附屬行業的快速發展過程中，工業廢水、城市廢水中的異生化合物的含量越來越高，并因其具有結構復雜、濃度高、毒害性極強等特征而不易降解或處理，不能有效地形成有機循環用水體系。而生物強化技術的出現與廣泛應用，對解決此類問題提供了有效的途徑，特別是其長鏈烷烴的有機處理，效能極佳。因此，對工業廢水特別是煤制氣廢水成分的有效分析是探索生物強化技術處理長鏈烷烴效能和機理的有效依據。

1 煤制氣廢水的成分和處理技術的現狀

煤制氣是煤化工行業的主導產業之一，是一項新興的清潔燃料產業，主要是以煤為原料，以加壓氣化為手段，通過脫硫提純而制得含有燃性成分的氣體。由于其發展速度迅猛，極大程度地彌補了潔凈燃料的不足，但是其在生產過程中產生的廢水很難處理，也是工業廢水處理的一大新難題。

1.1 煤制氣廢水的成分

煤制氣廢水主要來源于煤氣發生爐中的煤氣冷凝、洗滌、凈化等過程，其成分非常復雜，主要含有芳香烴類、長鏈烯烴類、酚類、氨氮等有害物質，是典型的難降解和處理的高毒性、高濃度工藝廢水。

1.2 煤制氣廢水的處理技術現狀

1.2.1 物化預處理

物化預處理就是利用非生物的處理方法(物理、化學等處理方法)進行污水處理，主要采用調節、混凝、吸附、離子交換及蒸發濃縮等手段，這對于普通生活廢水的處理來說比較有效，但對異生化合物含量較高的煤制氣廢水的處理就達不到徹底處理的效果，有可能還會適得其反。

1.2.2 深度處理

深度處理是工業廢水或者城市廢水在經過一級、二級處理后，為了讓廢水能夠達到回收用水的標準而進一步處理的方式，其主要用于BOD有機污染物質、磷高濃度營養物質、SS及氮、鹽類等物質含量的廢水處理，采用絮凝沉淀、活性炭、砂濾等方法進行處理。此種方法雖然對于工業廢水的處理效果較好，但是費用高昂，成本和收益嚴重不成比例，對于新型的煤制氣廢水有一定抑制處理作用，但是遠達不到預期的效果。

1.2.3 生物處理

相對于前2種方法，生物處理這一方式較為環保，成本較低且效果較好，其主要是通過微生物的生命活動來處理廢水中的膠體狀態或溶解狀態的有機污染物，主要采用生物絮凝、生物吸附、需氧生物處理(微生物細胞+COHNS+O2→較多的細胞+CO2+H2O+NH3)等手段[1]，從而達到凈化廢水的目的。

如，丙酸通過微生物氣化的過程見式(1)。

(1)

乙酸氣化的過程見式(2)。

(2)

乙醇氣化的過程見式(3)。

(3)

以哈依煤氣廢水的處理為例。哈依煤氣處理裝置主要采用德國生產的PKM加壓設備和工藝，把現有的煤制氣廢水進行脫酚蒸氨的預處理，然后，通過多級生化組合工藝(如圖1)進行處理，以便于出水的水質能夠達到國家污水排放標準中的一級標準。但是，目前國內的此種處理方式，存在出水水質不穩定且不能得到有效的保障，深度處理的效率較低，生物移動床出水中難以降解的有機物含量較高，混凝沉淀中的投藥量過大等問題，不能綠色環保地解決煤制氣的廢水問題。

圖1 哈依煤制氣廢水生化組合處理工藝流程

2 生物強化技術

2.1 生物強化技術的概念

生物強化技術是指在傳統的生物處理系統基礎上，引入具有特定功能的微生物(如，高效工程菌、機質類似物、營養物質等)而提高微生物濃度以增強對難降解有機物的降解能力[2]，進而提高降解效率，改善原有生物處理系統的去除效能，提高廢水生物系統的處理能力。其中，生物強化的機理主要可以分為共代謝作用和礦化作用兩大類。

2.2 烷烴類生物強化技術的研究現狀

早在20世紀40年代初期，就有國外的研究人員提出了烴類生物降解的方法并以此展開了研究，而我國則晚了將近30年[3]。目前，生物強化技術應用于廢水處理過程中起著降解作用的烷烴微生物主要有真菌和細菌。其中，真菌類的主要有假絲酵母菌、金色擔子菌、紅酵母菌等絲狀真菌；細菌主要有產堿桿菌、無色桿菌、不動桿菌等。

2.3 生物強化技術的機理

2.3.1 礦化作用

礦化作用是在多種或一種微生物作用下產生的，是一個把污染物徹底分解為CO2、H2O或者是簡單無機物的過程。在此過程中，需要考慮的不僅是降解菌如何能夠快速地適應煤制氣廢水的環境，并且能夠高效地降解有機物的問題，或者是降解菌如何在種群之間更好地優勝劣汰的問題，還要考慮水質的問題及其成分分析，從而更好地尋找其可生化性和代謝的途徑。

2.3.2 共代謝作用

共代謝作用針對的是那些不能直接為微生物利用的難降解污染物的能源或碳源，當有第一基質(其他可利用的能源或碳源)出現時，共代謝基質或第二基質(難降解污染物)才能被優化利用的整個代謝的過程。據報道，自然環境中大約有90%及其以上的污染物的降解是利用微生物的共代謝作用實現的，但是在煤制氣廢水中，此項作用仍處于探索階段。

3 長鏈烷烴的廢水處理

在哈依煤氣生化組合的處理工藝基礎上，取活性污泥(其接種量為3.0 gss/L～3.5 gss/L)投入反應器中，經過48 h的悶爆后，把活性污泥取出并放入廢水中，觀察長鏈烷烴與污水中的有毒有害物質的去除效能。

長鏈烷烴是一種在水中溶解性較低的類疏水性有機物，具有能夠降低有機物降解速率和細菌生產速率的影響力，而環境因素的改變，能夠增加烴的含量和與烴接觸的面積。例如，攪拌速度的加快或溫度的升高，能夠提高長鏈烷烴的溶解效率和增加其接觸的面積，進而提高降解速度。

同時，影響長鏈烷烴降解速度的還有煤制氣廢水的成分[4]。例如，多環芳烴的影響。采用三角瓶等實驗器皿，把體積分數2%的種子液放入唯一碳源的100 mg/L的混合長鏈烷烴的無機鹽培養基里面，然后，在180 r/min、35 ℃的環境下培養15 d，分別觀察不同濃度蒽對長鏈烷烴降解能力的影響程度(如第113頁圖2)。

圖2 不同濃度蒽對長鏈烷烴降解能力的影響

4 結語

在煤制氣廢水的處理中，由于其是新興煤化工產業，在處理工藝和技術上還不是很成熟，除了常態的深度處理、微生物處理方式，對生物強化技術中的長鏈烷烴降解的研究起步較晚，工藝較為生疏，而煤制氣廢水中的成分和環境等因素極大地影響了長鏈烷烴降解能力和效率。因此，為了更好地促進高濃度、高毒性、難降解的煤制氣廢水的處理進程和技術工藝的發展，可以通過改善其降解處理過程中的環境條件或者針對其水質成分的含量設定特定數值的微生物運動床等手段，來改善長鏈烷烴的降解效果和降解速率，從而更好地落實國家工業廢水排放一級標準，進而促進環境友好型社會的進步和發展。

[1] 王建芳.生物強化技術及其在廢水生物處理中的應用[J].環境工程學報,2007(9):40-45.

[2] 呂華.生物強化技術在環境修復中的應用進展[J].北方環保,2011(23):48-49.

[3] 王家玲.環境微生物學[M].第2版.北京：高等教育出版社,2004:176.

[4] 謝康.煤制氣廢水處理中試驗研究[J].環境污染與防治,2010(32)：28-31.

《山西化工》

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Study on the treatment of long chain alkanes in coal gasification wastewater by biological enhancement technology

ZHANG Chong

(Malan Coal Preparation Plant, Shanxi Cooking Coal Xishan Coal and Electvicity Group, Taiyuan Shanxi 030053, China)

With deep promotion of the concept of energy saving and environmental protection, mining companies keep pace with the times. Among them, the industrial production of wastewater, due to its biological and structural complexity, wastewater of this kind has high concentration and toxicity and difficult degradation.In the increasing lack of water today, the wastewater treatment and cyclic utilization is an important content of the concept of environmental protection. The industrial wastewater accounts for a large proportion in the wastewater with greater processing difficulty, especially wastewater in coal industry. It is very necessary to strengthen treatment. In this paper, the composition of coal gasification wastewater is analyzed, and the mechanism and efficiency of long chain alkane of biological enhancement technology in wastewater treatment is explored.

biological enhancement technology; coal gasification wastewater; long chain alkane; green environmental protection

2016-05-11

張 沖，男，1985年出生，2011年畢業于晉中學院應用化學專業，本科，助理工程師，主要從事煤炭洗選工作。

環境保護

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2016.05.35

X703.1

A

1004-7050(2016)05-0111-03