BP微生物處理焦化廢水工藝

萬海洮，徐建平，黃 煒

(1.安徽工程大學(xué)生物與化學(xué)工程學(xué)院，安徽蕪湖 241000;2.開朗(上海)生態(tài)科技有限公司，上海 200000)

焦化廢水是由配合煤所含水分、煉焦生成的化合水、蒸餾氨水、粗苯和焦油所用直接水的冷凝水等組成［1］。其污染物組成復(fù)雜，含有揮發(fā)酚和許多難以生物降解的芳香族有機物、多環(huán)化合物、氧硫氮等雜環(huán)化合物［2］，是一種典型的難處理高濃度有機工業(yè)廢水［3-4］。目前，國內(nèi)各焦化企業(yè)大多采用生化法處理焦化廢水，但大多數(shù)焦處理效果極不理想，無法達到國家規(guī)定的排放標準［5-6］。

本研究試圖利用一種高效水處理BP微生物對焦化廢水進行處理。通過探討不同的前處理方案、該菌種投加量及反應(yīng)時間等來探究最佳處理工藝，提出該工藝條件下最佳的處理參數(shù)，從而達到高效、經(jīng)濟地處理焦化廢水的目的。

1 實驗

1.1 菌種

BP-H菌種由開朗(上海)生態(tài)科技有限公司提供。

1.2 廢水

所用廢水取自蕪湖新興鑄管有限責(zé)任公司的焦化廢水。蕪湖新興鑄管有限責(zé)任公司是由新興鑄管股份公司重組蕪湖鋼鐵廠、蕪湖焦化制氣責(zé)任公司后于2003年4月成立的，其焦化廢水主要產(chǎn)生自煤的高溫干餾、鑄管、煉鐵、燒結(jié)等過程。焦化酚氰廢水處理改造項目于2004年初動工，2004年7月初完工并投入運行。該工藝為目前國內(nèi)最先進的A/A/O法焦化廢水處理工藝，采取重力、氣浮除油，厭氧、缺氧脫氮，好氧除酚氰等先進工藝，廢水處理能力為35 m3/h。原水水質(zhì)見表1。

由表1可以看出，原水的COD值較高，可生化處理性較差，總氮含量較高，但總磷含量較低，僅為 0.3 mg/L。

1.3 主要儀器及藥品

主要設(shè)備:高速臺式離心機;CH-2型便捷式BOD測定儀;pHSJ-3F型實驗室pH計;YX280B手提式不銹鋼壓力蒸汽滅菌器;FA1004N電子天平;COD實驗裝置(重鉻酸鉀法);在線總氮、總磷分析儀(TNPC-4110C);2 L量筒(6個);小型曝氣裝置等。

主要藥品:重鉻酸鉀標準溶液;試亞鐵靈指示液;硫酸亞鐵銨標準溶液;總氮標準液;總磷標準液等。

1.4 實驗方案

將焦化廢水用不同的方法進行前處理后，取實驗所需的水量放入定容量筒中(通入曝氣裝置)，向量筒中投加不同量的激活的BP-H菌種，在不同的工藝條件下進行處理，在規(guī)定時間后取水樣上清液，測定其pH值及污染物濃度。具體實驗方案見表2。

表1 原水水質(zhì)

表2 實驗方案

2 實驗結(jié)果及分析

2.1 直接用BP-H菌種處理焦化廢水的原水

測得焦化廢水的 pH=8.0，COD值為4 924 mg/L，BOD5的值為 652.9 mg/L，根據(jù)實驗方案 1，直接向焦化廢水中投加BP-H菌種，反應(yīng)時間為12 h。實驗結(jié)果見表3及圖1。

從表3和圖1可以看出，在不進行任何預(yù)處理的條件下，直接投加菌種對焦化廢水的原水進行處理，COD的去除效果極不理想，在反應(yīng)12 h后最大COD的去除率僅為15.5%。這是由于所取焦化廢水為入水，沒有經(jīng)過生化處理，自身帶有較大毒性，COD值極高，同時可以看出其本身的可生化處理性不好，致使BP-H菌種在處理帶有較大毒性和較高COD時去除效果很不好。

通過分析認為，當(dāng)菌種投加量大于100 mL后，對COD的去除效果基本無變化，考慮到經(jīng)濟原因，所以后續(xù)實驗取消編號為5的實驗方案。

表3 BP-H菌種直接處理焦化廢水原水實驗結(jié)果

圖1 直接用BP-H菌處理焦化廢水原水的效果

2.2 采用fenton法預(yù)處理后再投加BP-H菌

焦化原水經(jīng)fenton法［7-8］(向500 mL的焦化廢水中加入13 g的FeSO4·7H2O，然后加入H2O247.5 mL，反應(yīng)20 min后，加堿調(diào)節(jié)pH 值為7.0～7.5)處理后，其 COD值有大幅度下降，由4 924 mg/L降為1 415 mg/L，總氮由425.3 mg/L降為208 mg/L，生化特性也有所好轉(zhuǎn)。但剛剛加入菌種后COD值會有不同程度的提高。根據(jù)實驗方案，按反應(yīng)時間取樣，結(jié)果如表4和圖2所示。

表4 采用fenton法預(yù)處理后再投加BP-H菌處理焦化廢水原水實驗結(jié)果

圖2 采用fenton法預(yù)處理后再投加BP-H菌處理焦化廢水原水的效果

從表4和圖2的實驗結(jié)果可以看出:①雖然焦化廢水經(jīng)過了fenton法處理，但是BP-H菌種在處理帶有較大毒性廢水時的COD去除效果仍然不理想。② 廢水經(jīng)fenton法預(yù)處理后，再用BP-H菌種處理，比直接用BP-H菌種處理原水效果有較大提高。fenton法所產(chǎn)生的羥基自由基氧化能力相當(dāng)強，可以處理多種有毒物質(zhì)，如氯乙烯、多氯聯(lián)苯、BTEX、氯苯等。之后再用菌種進行處理，效果有所提高。③處理效果并不與菌種投加量成正比，當(dāng)菌種量多時，污水所含的營養(yǎng)鹽不夠其自身的需求，經(jīng)測定，焦化廢水中磷元素含量很少，低于0.3 mg/L，只能供少量的微生物使用，所以微生物太多反而效果不是太明顯。適宜的菌種投加量為15～50 mL。

2.3 采用厭氧處理后再投加BP-H菌種

采取厭氧處理［9］，將焦化廢水密封反應(yīng)24 h。在無氧的情況下，廢水中難降解的有機物在酶的催化作用下發(fā)生氧化分解，使芳香烴和雜環(huán)類化合物改變化學(xué)結(jié)構(gòu)，開環(huán)分解為簡單的有機酸和酮類等化合物，以達到改善焦化廢水可生物降解性的目的。經(jīng)過厭氧處理之后，總氮由425.3 mg/L降為391.1 mg/L，BOD 值由652.9 mg/L 降為490.3 mg/L，COD值由4 924 mg/L降為2 150 mg/L。實驗結(jié)果見表5和圖3。

從表5和圖3的實驗結(jié)果可以看出:①焦化廢水經(jīng)過厭氧處理后，其生化特性有了較大提高，在其他反應(yīng)條件(溫度、pH值、菌種投加量)不變的情況下，BP-H菌種處理COD時去除效果有了進一步的提高，最佳效果可達42.2%;② 對BOD5去除效果也有進一步增加，在反應(yīng)12 h后，降解效率可達90%以上。③ 菌種投加量為50～100 mL時去除效果相對較好。從經(jīng)濟角度考慮，認為菌種投加量為50 mL較為合適。

表5 采用厭氧處理法處理后再投加BP-H菌種處理焦化廢水原水實驗結(jié)果

圖3 采用厭氧處理后再投加BP-H菌種處理焦化廢水原水的效果

3 結(jié)論

1)BP微生物系統(tǒng)處理焦化廢水取得了較好的效果。菌種BP-H對焦化廢水的總氮和COD的去除效果相對較好。

2)焦化廢水原水有毒、有害物質(zhì)過多，直接用微生物系統(tǒng)處理效果不理想，而經(jīng)過預(yù)處理再加菌種生物處理效果會更好。實驗表明，相同條件下厭氧處理加菌種處理比fenton法加菌種處理要好。根據(jù)經(jīng)驗，在實際生產(chǎn)處理時，如經(jīng)過馴化期處理效果還會有上升的可能。

3)廢水pH值的最佳范圍是6.5～9.0，所以要對進入微生物處理環(huán)節(jié)的pH值進行控制，否則會導(dǎo)致去除率的降低。

4)菌種對焦化廢水的處理效果與菌種投加量并不成正比關(guān)系，高劑量投菌時BOD有翹頭現(xiàn)象，分析原因是由于焦化廢水中磷元素含量較低，而水中缺磷使得微生物在形成DNA時缺少必要的營養(yǎng)物質(zhì)，增長受到一定限制，繼而對處理效果帶來不利影響。

［1］丁玲，梁玉河，劉鵬，等.焦化廢水處理技術(shù)及其應(yīng)用研究進展［J］.工業(yè)水處理，2011，31(3)：6-7.

［2］王業(yè)耀，袁彥肖，田仁生.焦化廢水處理技術(shù)研究進展［J］.工業(yè)水處理，2002，22(7)：1-4.

［3］王瑋.焦化廢水治理技術(shù)現(xiàn)狀及進展［J］.冶金環(huán)境保護，1999(4)：16-26.

［4］譚懷琴，全學(xué)軍，趙清華，等.用旋轉(zhuǎn)薄膜漿態(tài)光催化反應(yīng)器光催化降解焦化廢水的實驗［J］.重慶理工大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2011，25(8)：122-126.

［5］楊宗鑫，王兵，胥鋒，等.活性污泥法對焦化廢水的處理［J］.環(huán)境科技，2008，21(2)：22-23.

［6］王麗平.焦化廢水處理工藝的對比分析［J］.能源與節(jié)能，2011(7)：59-72.

［7］王春敏，步啟軍，王維軍.Fenton法處理焦化廢水的試驗研究［J］.遼寧化工，2006，35(3)：149-151.

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［9］鄭笑彬.焦化廢水的厭氧-好氧生物處理［J］.化工環(huán)保，1993，13(4)：203-204.