試論生物技術在焦化廢水處理中的應用

張長征

摘 要：焦化廢水是一種高濃度有機廢水，是煤高溫裂解、煤干餾、煤氣凈化等工業生產過程的產物。焦化廢水成分復雜，其中包含高濃度的氨氮、苯酚、2，3，4-甲基苯酚、多環芳香族等有機物，且整體鹽度較高，降解困難。目前，大多數焦化廢

中圖分類號：X789 文獻標識碼：A

我國是一個富煤貧油的能源大國，煤炭相關加工工業是我國工業體系中十分重要的組成部分，而焦化廢水是煤炭加工過程中的必然產物，應用更有效的生物技術能夠有效提高焦化廢水的處理效果和處理出水達標程度，緩解和解決我國的水污染現象。

1 焦化廢水概述

焦化是有機物碳化過程的一環，煤加工過程中的高溫干餾就是焦化的過程，石油加工過程中的高溫裂解、縮合反應都屬于焦化過程，在煤炭、石油的焦化過程中都會產生焦化廢水。焦化廠的煉焦加工過程是煤炭化學工業中的重要部分，其中可分為高溫煉焦、中溫煉焦和低溫煉焦。高溫煉焦的產物是焦炭，焦炭可作為鑄造、冶煉等化工工業的燃料，也可用于加工爐煤氣、電石等產品。我國是焦化產品的生產、消費大國，每年有大量的焦化產品在化工、國防等產業中被應用和消耗。在焦化廠的煉焦加工過程中，焦爐的冷卻、洗滌等過程都會產生大量的工業廢水，這些工業廢水中含有大量的氨氮、酚、氰等有機物，這些有機物就組成了焦化廢水。

2 常見的用于焦化廢水處理的生化技術

2.1 延時曝氣技術

曝氣技術是一種通過曝氣為微生物提供合適的生殖繁衍環境，提高微生物對焦化廢水中有機物的接觸效果，增強焦化廢水的處理效果，降低焦化廢水處理出水排放后對自然水體的負面影響程度，這就是A/O等生物工藝中的曝氣環節的作用。而延時曝氣并不是普通的曝氣，延長曝氣時間延長了微生物與曝氣池中焦化廢水的接觸時間，能夠有效增強微生物對焦化廢水的處理效果。不過，目前最佳的延時曝氣時間還需進一步研究來確定，因為焦化廢水中有機物的組成比例不同，故延時曝氣時間需要細致調整[1]。

2.2 生物鐵法

生物鐵法是一種將微生物與混凝劑混合馴化后用于污水處理的技術。之所以稱為生物鐵法，是因為鐵鹽是一種易與微生物混合馴化的混凝劑，生成的生物鐵-菌膠團具有優秀的物化性能，尺寸小、比表面積大和優秀的沉淀性能。因此，使用生物鐵法馴化后的生物鐵-菌膠團能夠有效提升微生物對焦化廢水的處理效果，提高出水水質。在生物鐵-菌膠團中，混凝劑除了能夠與微生物菌膠團結合實現對菌種的馴化外，其本身還具有很強的絡合、沉降、吸附作用，可以有效增強單純生物技術處理焦化廢水的后續效果，提高有機物的去除率。

2.3 固定化微生物技術

固定化微生物技術是一種人為將自由微生物固定在載體上，使其密度增大，從而提高與污廢水中有機物接觸頻率的技術。固定化微生物技術能夠有效增強生物技術在焦化廢水（有機物濃度高）中的應用效果，以提高處理后出水的達標效果。目前，固定化微生物技術中包含自身固定、結合固定、交聯固定、包埋固定等數種技術，尚無統一的固定標準。固定化后的微生物活性不會降低，反而會有一定程度的上升，這也使微生物能夠得以反復利用。

2.4 生物流化床技術

生物流化床是一種以顆粒材料為載體打造的床體，污廢水自上而下從床體上流動，以流動的狀態與附著在載體上的生物膜進行接觸，實現對水體中有機物的利用和降解。在生物流化床技術中，活性污泥法和生物膜法的作用共同存在，在有效提高有機物降解效率的同時也提高了對焦化廢水負荷變化的抵御效果，擴大了生物流化床技術的應用范圍。目前，可用于生物流化床載體的通常為活性炭、砂等顆粒物材料，直徑通常在1～2mm，不僅能夠為微生物提供附著、生長、繁衍的載體，其本身還具有一定的過濾、吸附作用，在處理高濃度、難降解的有機廢水時越來越受到重視。

3 新的生物技術在焦化廢水處理中的應用

3.1 MBR膜生物反應器技術

膜生物反應器是膜過濾技術、微生物技術的交叉產物，相比于單一的膜過濾技術、微生物技術，膜生物反應器的有機物降解效果更加優秀，抗負荷變化沖擊的能力更強，處理有機廢水的速度更快。這是因為單一的微生物技術或者說活性污泥技術，需要依靠二沉池進行重力沉降、泥水分離，具體的分離效果對活性污泥的沉降性有很大的依賴，若活性污泥的沉降性不佳，很容易影響有機廢水的出水質量。而單一的膜過濾技術不具備降解有機物的效果，最終還是要借助微生物技術來完成對有機物的降解。因此，膜生物反應器應用在有機廢水處理中，能夠有效代替曝氣池、活性污泥池、二沉池等處理環節，提高焦化廢水的處理效率，增強處理效果[2]。

3.2 氧化塘處理技術

氧化塘深度處理技術是一種操作簡單、能耗低、效果較為優秀的生物技術。氧化塘模仿自然水體的自凈過程，其中人為干預部分主要是菌種馴化、菌種投放、防滲層建設、圍堤建設等方面。若有需要，還可以考慮在氧化塘中安裝曝氣設備，將其營造為好氧環境，為好氧微生物提供更好的繁殖、降解環境。氧化塘基本無需運行操作、污泥處理，只需較低程度地維護、維修，對成本的消耗也很低，但同時氧化塘的降解能力只能解決有機物含量較低的焦化廢水，對高濃度的焦化廢水作用有限。且由于氧化塘本身的污廢水凈化速度有限，因此，容易在水處理的同時散發出難聞的異味，且春夏季節還會滋生蚊蠅，影響周邊環境。氧化塘并非對全國各地焦化廢水的處理都適用，這種生物技術對運行環境有一定的要求，最佳運行溫度在25～35℃，我國北方和中部部分地區冬春季節溫度低，氧化塘中微生物活性低，難以維持對焦化廢水中有機物的處理效率和效果。

3.3 SBR序批式活性污泥法

SBR序批式活性污泥法是一種在同一個反應空間中按順序完成進水、曝氣、沉淀、排水、待機等5個流程的生物技術，因為這5個流程順序明確，時間充足，所以這個反應空間就容納了均化、初沉、降解、二沉等4種功能，大幅縮減了廢水處理流程，減少了污廢水處理設備的占地面積，提高了處理效率。不過，同樣因為SBR序批式活性污泥法的間歇操作，其只能用于那些本身就進行廢水間歇排放的生產加工作業，或者用于排放量波峰、波谷差異巨大的作業之后。SBR序批式活性污泥法的基礎建設成本低，操作相對簡單，處理效果較高，本身具有天然的耐負荷變化沖擊性，但對于連續排放污廢水的生產加工作業不適用，如需使用需要提前預設儲水池[3]。

3.4 A-O工藝組合技術

常見的A-O工藝組合技術包括A2-O、O-A-0、A-0-A-O、A-O等數種，目前國內常用的主要是A-O和A2-O工藝。縱觀全部的A-O工藝組合技術，其核心原理就是利用營造連續的好氧、缺氧環境來發揮硝化細菌、反硝化細菌的有機物降解作用，實現對有機廢水中有機物、COD、BOD5等值的控制效果。在A-O工藝組合技術中，A段是厭氧段或者缺氧段，主要負責脫氮除磷，O段是好氧段，主要負責降解水體中的有機物。A-O工藝組合技術具有污廢水處理效率高、操作流程簡單、投資成本低、耐負荷沖擊能力高等方面的優勢，但存在不具備獨立污泥回流系統，脫氮率難以達到90%，受水力停留時間、污泥濃度、污泥齡等因素影響程度較大等劣勢。

4 焦化廢水生物處理技術的發展和展望

焦化廢水是一種有機物濃度高、難降解的工業廢水，普通的活性污泥法等生物技術應用效果有限，不能滿足國家、國際對這類高污染工業廢水的排放標準，出水排放到自然水體后仍會造成一定程度地污染，因此，發展新的生物技術勢在必行。新型焦化廢水生物處理技術相比與傳統技術，優勢在于，其普遍具有操作簡便、運行成本低、處理效果出色、耐負荷變化沖擊性能高等優勢，這也使得新型生物技術擁有更廣闊的應用空間。不過隨著現代科技的不斷進步，有很多十幾年前排放不受限制的物質，在近幾年的出水排放中開始受限，比如硝態氮。現有的生物處理技術在應用過程中大多是將氨氮經過好氧處理轉化為硝態氮，但在硝態氮的排放也開始受限時，如何將硝態氮進一步轉化成為安全性更高的物質進行排放，是水處理領域的重要課題。除此之外，生物處理技術始終因為微生物的活性環境需求而受到環境溫度等因素的限制，使得很多生物處理技術不能在我國北方及中部偏北地區全年使用，因此，開發低溫環境下仍能保持活性的微生物菌種，依然是生物處理領域的重要研究方向。

5 結語

本文分析了傳統的常見的焦化廢水生物處理技術，并分析了新型焦化廢水生物處理技術相比于傳統技術的優勢，其普遍具有操作簡單、運行成本低、處理效果出色、耐負荷變化沖擊性能高等優勢，這也使得新型生物技術擁有更廣闊的應用空間。由此可知，焦化廢水生物處理技術的未來發展也會繼續朝著這些方向去發展，它們會具有更加出色的適用性，更高的處理效率。

參考文獻

[1] 孫蘭梅，李鵬，韓永博.炭載三相流化生物技術在焦化廢水處理中的應用[J].現代化工，2016，36（12）：112-114.

[2] 牛成軍，甘建紅.焦化廢水處理技術現狀與研究進展[J].化工管理，2017（08）：215.

[3] 劉靚.N2菌和FF菌降解焦化廢水中揮發酚及其協同作用研究[D].西安：西安建筑科技大學，2019.