生物強化技術(shù)處理焦化廢水的工程應(yīng)用

朱希坤，楊德玉，彭湃，李小明，李麗

生物強化技術(shù)處理焦化廢水的工程應(yīng)用

朱希坤，楊德玉，彭湃，李小明，李麗

（沈陽化工研究院有限公司，遼寧沈陽110021）

以某焦化廠好氧池進水為研究對象，向好氧生化池中投加自行研制的菌劑，考察菌劑強化系統(tǒng)相比對照生化系統(tǒng)對COD、氰化物、總氮的去除效果。結(jié)果表明，菌劑強化系統(tǒng)相比對照生化系統(tǒng)出水COD、氰化物、總氮的平均去除率分別提高了16.1%、12.3%、12.2%；菌劑強化系統(tǒng)中污泥的脫氫酶活性及比耗氧速率均高于對照生化系統(tǒng)，菌劑強化系統(tǒng)微生物種類為18種，相比對照生化系統(tǒng)中微生物的豐富度明顯提升。

焦化廢水；生物強化技術(shù)；菌劑；氰化物

焦化廢水是含有高濃度的氨、氰化物、硫氰化物、氟化物等無機污染物以及大量酚類、聯(lián)苯、吡啶、吲哚、喹啉和多環(huán)芳烴等有機污染物的難生物降解工業(yè)廢水，具有污染物濃度高、色度高、毒性大、成分性質(zhì)穩(wěn)定的特點。目前國內(nèi)外普遍采用A2/O工藝處理焦化廢水〔1〕，但往往系統(tǒng)出水不能滿足排放標(biāo)準(zhǔn)〔2〕。近年來，投菌法用于處理焦化廢水的研究越來越多〔3〕，微生物菌劑在廢水的強化生化處理中的開發(fā)及應(yīng)用在快速發(fā)展〔4〕。生物強化技術(shù)是指通過向生化處理系統(tǒng)中投加經(jīng)篩選和馴化得到的優(yōu)勢菌種，達(dá)到提高生化系統(tǒng)對難降解有機物去除的目的〔5〕。

以某焦化廠三期廢水為處理對象，向好氧池中添加自行研制的環(huán)保菌劑〔6〕，考察環(huán)保菌劑對焦化廢水中COD、氰化物、總氮的去除效果，并利用聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)和變性梯度凝膠電泳聯(lián)合技術(shù)（PCRDGGE）分析添加環(huán)保菌劑對活性污泥菌群多樣性的影響。

1　材料與方法

1.1工藝流程及廢水水質(zhì)

該焦化廠三期廢水處理系統(tǒng)采用的是A2/O工藝，焦化廢水處理工藝流程如圖1所示。

圖1　焦化廢水處理工藝流程

工藝流程中好氧生化池處理規(guī)模為100m3/h，池容積為3 000m3。

添加菌劑之前好氧池進水水質(zhì)如表1所示。

表1　三期廢水水質(zhì)

由表1可見，廢水生化系統(tǒng)兩個好氧池出水平行性較好，向其中一個好氧池中投加菌劑形成菌劑強化系統(tǒng)，另一個好氧池作為對照生化系統(tǒng)。

1.2菌種投加

實驗所用菌劑配制方法同專利［6］相同，將成品菌劑于10月23日分批次投加入菌劑強化系統(tǒng)中，添加總量占池容積的0.5‰。

1.3分析方法

COD采用快速消解分光光度法（HJ/T 399—2007）測定；總氰化物采用異煙酸-吡唑啉酮分光光度法（HJ484—2009）測定；TOC采用總有機碳水質(zhì)自動分析儀（HJ/T 104—2003）測定；NH3-N采用蒸餾-中和滴定法（HJ537—2009）測定；總氮采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法（HJ 636—2012）測定；污泥脫氫酶活性采用TTC顯色分光光度法測定；污泥比耗氧速率（SOUR）測定參考《污染控制微生物學(xué)實驗》〔7〕。

1.4污泥多樣性分析

污泥多樣性采用PCR-DGGE進行分析。

采用土壤基因組DNA快速提取試劑盒（Bioteke）分別提取對照生化系統(tǒng)及菌劑強化系統(tǒng)的活性污泥樣品的總DNA。采用帶GC夾的27F和519R引物對細(xì)菌16S rRNA基因進行PCR擴增，PCR擴增產(chǎn)物質(zhì)量采用EB染色的1.2%瓊脂糖凝膠檢測。采用Bio-Rad D-Code系統(tǒng)對不同功能基因PCR產(chǎn)物進行水平DGGE電泳。

2　結(jié)果與分析

2.1COD去除效果比較

穩(wěn)定運行的活性污泥系統(tǒng)中的微生物很難將難降解有機物去除，這些難降解有機物的存在會影響系統(tǒng)對其他有機污染物的去除效果，使得系統(tǒng)對COD的降解率很低〔8〕。通過加入經(jīng)篩選的具有特定降解功能的微生物構(gòu)建生物強化系統(tǒng)，可以針對性地去除難降解有機物，增強系統(tǒng)對有毒有害物質(zhì)的去除效果，改善系統(tǒng)的耐負(fù)荷沖擊能力。

對照生化系統(tǒng)及菌劑強化系統(tǒng)對好氧池進水COD的去除效果如圖2所示。

由圖2可見，投加菌劑對生化系統(tǒng)中COD的降解效果明顯優(yōu)于對照生化系統(tǒng)。進水平均COD為526mg/L，菌劑強化系統(tǒng)出水COD為144 mg/L，COD平均去除率為72.7%，對照生化系統(tǒng)出水COD為228mg/L，COD平均去除率為56.6%。

圖2　COD的去除效果比較

2.2氰化物去除效果比較

對照生化系統(tǒng)及菌劑強化系統(tǒng)對好氧池進水總氰化物的去除效果如圖3所示。

圖3　氰化物的去除效果比較

由圖3可見，隨著COD去除效果的提高，菌劑強化系統(tǒng)對氰化物的降解活性也逐漸提高，降解效果明顯高于對照生化系統(tǒng)。運行期間，進水總氰化物平均值為3.46mg/L，菌劑強化系統(tǒng)出水總氰化物平均值為0.60mg/L，氰化物平均去除率為82.5%，對照生化系統(tǒng)出水總氰化物的平均值為1.03mg/L，氰化物平均去除率為70.2%。隨著運行天數(shù)的增加，盡管進水氰化物的數(shù)值有波動，但相比對照生化系統(tǒng)菌劑強化系統(tǒng)出水中氰化物趨于穩(wěn)定，并且出水氰化物穩(wěn)定在0.5mg/L以下，減少對后續(xù)深度處理的負(fù)荷沖擊，使得后續(xù)生化處理出水穩(wěn)定滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。

2.3總氮去除效果比較

對照生化系統(tǒng)及菌劑強化系統(tǒng)對好氧池進水總氮的去除效果如圖4所示。

圖4　總氮的去除效果比較

由圖4可見，運行期間，進水總氮平均值為95.2 mg/L，菌劑強化系統(tǒng)出水總氮平均值為59.6mg/L，總氮平均去除率為37.4%，對照生化系統(tǒng)出水總氮的平均值為71.1mg/L，總氮平均去除率為25.2%。隨著運行天數(shù)的增加，盡管進水總氮的數(shù)值有波動，但相比對照生化系統(tǒng)菌劑強化系統(tǒng)中總氮出水趨于穩(wěn)定，并且出水總氮穩(wěn)定在50mg/L以下，減少后續(xù)處理系統(tǒng)進水負(fù)荷。

2.4污泥脫氫酶活性及污泥比耗氧速率的比較

活性污泥處理廢水的過程實質(zhì)上是酶促反應(yīng)過程，好氧代謝過程始于底物的脫氫氧化，脫氫酶活性的高低反映了有機污染物的生物降解情況。對照生化系統(tǒng)及菌劑強化系統(tǒng)好氧活性污泥的脫氫酶活性如圖5所示。

圖5　污泥脫氫酶活性的變化情況

由圖5可見，運行期間，菌劑強化系統(tǒng)污泥脫氫酶活性的平均值為640.1μg/（g·h），對照生化系統(tǒng)污泥脫氫酶活性的平均值為403μg/（g·h）。

活性污泥比耗氧速率是指單位質(zhì)量的活性污泥在單位時間內(nèi)所利用氧的量，用于評價污泥微生物代謝活性。對照生化系統(tǒng)及菌劑強化系統(tǒng)好氧活性污泥的比耗氧速率如圖6所示。

圖6　不同系統(tǒng)污泥比耗氧速率

由圖6可見，運行期間菌劑強化系統(tǒng)污泥比耗氧速率平均值為23.7mg/（g·h），對照生化系統(tǒng)活性污泥比耗氧速率平均值為18.3mg/（g·h）。菌劑強化系統(tǒng)相比對照生化系統(tǒng)的污泥脫氫酶活性提升了58.8%，比耗氧速率相比對照生化系統(tǒng)提升了29.5%，污泥脫氫酶活性及比耗氧速率的提升充分揭示了菌劑強化系統(tǒng)中污泥活性高于對照生化系統(tǒng)，充分解釋了菌劑強化系統(tǒng)對COD、氰化物、總氮去除率高于對照生化系統(tǒng)的原因。

2.5污泥多樣性分析

活性污泥的生物活性高低決定了生化系統(tǒng)對污水的處理能力，而活性污泥的生物活性取決于其中微生物菌群結(jié)構(gòu)和功能〔9〕。兩個系統(tǒng)微生物多樣性的變化情況如表2所示。

表2　生化系統(tǒng)菌群多樣性變化情況

由表2可見，加入菌劑可使活性污泥系統(tǒng)中微生物的豐富度增加，投加菌劑10 d后，活性污泥的豐富度由11種變成17種。長期穩(wěn)定運行使生化系統(tǒng)中微生物種群結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，功能微生物對污染物的利用相對穩(wěn)定，而菌劑強化系統(tǒng)中通過添加菌劑改變了系統(tǒng)微生物群落結(jié)構(gòu)，功能微生物的數(shù)量不斷增加，使得系統(tǒng)對COD、氰化物及總氮的去除效果增加。

3　結(jié)論

通過向好氧生化系統(tǒng)中添加自行研制的菌劑形成菌劑強化系統(tǒng)，用于焦化廢水生化強化處理，菌劑強化系統(tǒng)對COD、氰化物、總氮的去除明顯優(yōu)于對照生化系統(tǒng)，相比對照生化系統(tǒng)分別提升了16.1%、12.3%、12.2%；菌劑強化系統(tǒng)污泥脫氫酶活性及污泥比耗氧速率均高于對照生化系統(tǒng)，證明添加菌劑可提升活性污泥的活性；添加菌劑后生化系統(tǒng)中優(yōu)勢微生物的種類增多，添加菌劑可以改變原有生化系統(tǒng)中微生物菌群結(jié)構(gòu)及功能微生物的數(shù)量?？梢姡谠袠?gòu)筑物基礎(chǔ)上投加菌劑對有機污染物的去除有增效作用，減少后續(xù)深度處理的費用，是一種環(huán)保且經(jīng)濟的具有前景的生物處理技術(shù)。

［1］劉尚超，薛改鳳，張壘，等.焦化廢水處理技術(shù)研究進展［J］.工業(yè)水處理，2012，32（1）：15-17.

［2］周家艷.焦化廢水生化出水中芳香族污染物深度處理技術(shù)的研究進展［J］.化工環(huán)保，2013，33（6）：498-502.

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［4］李明智，喻治平，陳德全，等.國內(nèi)環(huán)保用微生物菌劑的研究應(yīng)用情況調(diào)查［J］.工業(yè)水處理，2011，31（6）：18-20.

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［6］朱希坤，李小明，王芳，等.一種生物增效菌劑及其應(yīng)用：中國，CN103897997A［P］.2014-07-02.

［7］馬放.污染控制微生物學(xué)實驗［M］.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2002：20-30.

［8］韓力平，王建龍，施漢昌，等.生物強化技術(shù)在難降解有機物處理中的應(yīng)用［J］.環(huán)境科學(xué)，1999，20（6）：100-102.

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App lication ofbio-augmentation technique to the treatmentof coking wastewater

Zhu Xikun，Yang Deyu，Peng Pai，LiXiaoming，LiLi
（Shenyang Research Institute ofChemical Industry Co.，Ltd.，Shenyang110021，China）

Taking the aerobic tank influent in a coking plantas research target，theeffectof bacteria agentaugmentation system compared with biochemical system on the removal of COD，cyanide，and total nitrogen has been investigated by addinghome-made bacteria agent to aerobic biochemical tank.The resultsshow that the average removing rates of effluent COD，cyanide，and total nitrogen are increased by 16.1%，12.3%，12.2%，respectively，contrasting the bacteria agentaugmentational system with biochemical system.The sludge dehydrogenase activity and specific oxygen uptake rate in bacteria agent augmentational system are higher than that in contrasted biochemical system. DGGE band results show that the varieties ofmicroorganisms in bacteria agent augmentation system are 18.The abundanceofmicroorganismscontrastedwith that in biochemicalsystem are improved obviously.

cokingwasterwater；bio-augmentational technique；bacteriaagent；cyanide

X703.1

A

1005-829X（2016）09-0028-04

朱希坤（1983—），碩士，高級工程師。E-mail：zhuxikun@ sinochem.com。

2016-06-07（修改稿）

國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（2012AA062905）