試論生物技術(shù)在焦化廢水處理中的應(yīng)用

張長(zhǎng)征

摘 要：焦化廢水是一種高濃度有機(jī)廢水，是煤高溫裂解、煤干餾、煤氣凈化等工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的產(chǎn)物。焦化廢水成分復(fù)雜，其中包含高濃度的氨氮、苯酚、2，3，4-甲基苯酚、多環(huán)芳香族等有機(jī)物，且整體鹽度較高，降解困難。目前，大多數(shù)焦化廢

中圖分類號(hào)：X789 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

我國(guó)是一個(gè)富煤貧油的能源大國(guó)，煤炭相關(guān)加工工業(yè)是我國(guó)工業(yè)體系中十分重要的組成部分，而焦化廢水是煤炭加工過(guò)程中的必然產(chǎn)物，應(yīng)用更有效的生物技術(shù)能夠有效提高焦化廢水的處理效果和處理出水達(dá)標(biāo)程度，緩解和解決我國(guó)的水污染現(xiàn)象。

1 焦化廢水概述

焦化是有機(jī)物碳化過(guò)程的一環(huán)，煤加工過(guò)程中的高溫干餾就是焦化的過(guò)程，石油加工過(guò)程中的高溫裂解、縮合反應(yīng)都屬于焦化過(guò)程，在煤炭、石油的焦化過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生焦化廢水。焦化廠的煉焦加工過(guò)程是煤炭化學(xué)工業(yè)中的重要部分，其中可分為高溫?zé)捊?、中溫?zé)捊购偷蜏責(zé)捊?。高溫?zé)捊沟漠a(chǎn)物是焦炭，焦炭可作為鑄造、冶煉等化工工業(yè)的燃料，也可用于加工爐煤氣、電石等產(chǎn)品。我國(guó)是焦化產(chǎn)品的生產(chǎn)、消費(fèi)大國(guó)，每年有大量的焦化產(chǎn)品在化工、國(guó)防等產(chǎn)業(yè)中被應(yīng)用和消耗。在焦化廠的煉焦加工過(guò)程中，焦?fàn)t的冷卻、洗滌等過(guò)程都會(huì)產(chǎn)生大量的工業(yè)廢水，這些工業(yè)廢水中含有大量的氨氮、酚、氰等有機(jī)物，這些有機(jī)物就組成了焦化廢水。

2 常見(jiàn)的用于焦化廢水處理的生化技術(shù)

2.1 延時(shí)曝氣技術(shù)

曝氣技術(shù)是一種通過(guò)曝氣為微生物提供合適的生殖繁衍環(huán)境，提高微生物對(duì)焦化廢水中有機(jī)物的接觸效果，增強(qiáng)焦化廢水的處理效果，降低焦化廢水處理出水排放后對(duì)自然水體的負(fù)面影響程度，這就是A/O等生物工藝中的曝氣環(huán)節(jié)的作用。而延時(shí)曝氣并不是普通的曝氣，延長(zhǎng)曝氣時(shí)間延長(zhǎng)了微生物與曝氣池中焦化廢水的接觸時(shí)間，能夠有效增強(qiáng)微生物對(duì)焦化廢水的處理效果。不過(guò)，目前最佳的延時(shí)曝氣時(shí)間還需進(jìn)一步研究來(lái)確定，因?yàn)榻够瘡U水中有機(jī)物的組成比例不同，故延時(shí)曝氣時(shí)間需要細(xì)致調(diào)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(shù)。之所以稱為生物鐵法，是因?yàn)殍F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(tuán)具有優(yōu)秀的物化性能，尺寸小、比表面積大和優(yōu)秀的沉淀性能。因此，使用生物鐵法馴化后的生物鐵-菌膠團(tuán)能夠有效提升微生物對(duì)焦化廢水的處理效果，提高出水水質(zhì)。在生物鐵-菌膠團(tuán)中，混凝劑除了能夠與微生物菌膠團(tuán)結(jié)合實(shí)現(xiàn)對(duì)菌種的馴化外，其本身還具有很強(qiáng)的絡(luò)合、沉降、吸附作用，可以有效增強(qiáng)單純生物技術(shù)處理焦化廢水的后續(xù)效果，提高有機(jī)物的去除率。

2.3 固定化微生物技術(shù)

固定化微生物技術(shù)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(jī)物接觸頻率的技術(shù)。固定化微生物技術(shù)能夠有效增強(qiáng)生物技術(shù)在焦化廢水（有機(jī)物濃度高）中的應(yīng)用效果，以提高處理后出水的達(dá)標(biāo)效果。目前，固定化微生物技術(shù)中包含自身固定、結(jié)合固定、交聯(lián)固定、包埋固定等數(shù)種技術(shù)，尚無(wú)統(tǒng)一的固定標(biāo)準(zhǔn)。固定化后的微生物活性不會(huì)降低，反而會(huì)有一定程度的上升，這也使微生物能夠得以反復(fù)利用。

2.4 生物流化床技術(shù)

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(dòng)，以流動(dòng)的狀態(tài)與附著在載體上的生物膜進(jìn)行接觸，實(shí)現(xiàn)對(duì)水體中有機(jī)物的利用和降解。在生物流化床技術(shù)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(jī)物降解效率的同時(shí)也提高了對(duì)焦化廢水負(fù)荷變化的抵御效果，擴(kuò)大了生物流化床技術(shù)的應(yīng)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?yàn)槲⑸锾峁└街?、生長(zhǎng)、繁衍的載體，其本身還具有一定的過(guò)濾、吸附作用，在處理高濃度、難降解的有機(jī)廢水時(shí)越來(lái)越受到重視。

3 新的生物技術(shù)在焦化廢水處理中的應(yīng)用

3.1 MBR膜生物反應(yīng)器技術(shù)

膜生物反應(yīng)器是膜過(guò)濾技術(shù)、微生物技術(shù)的交叉產(chǎn)物，相比于單一的膜過(guò)濾技術(shù)、微生物技術(shù)，膜生物反應(yīng)器的有機(jī)物降解效果更加優(yōu)秀，抗負(fù)荷變化沖擊的能力更強(qiáng)，處理有機(jī)廢水的速度更快。這是因?yàn)閱我坏奈⑸锛夹g(shù)或者說(shuō)活性污泥技術(shù)，需要依靠二沉池進(jìn)行重力沉降、泥水分離，具體的分離效果對(duì)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(jī)廢水的出水質(zhì)量。而單一的膜過(guò)濾技術(shù)不具備降解有機(jī)物的效果，最終還是要借助微生物技術(shù)來(lái)完成對(duì)有機(jī)物的降解。因此，膜生物反應(yīng)器應(yīng)用在有機(jī)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(huán)節(jié)，提高焦化廢水的處理效率，增強(qiáng)處理效果[2]。

3.2 氧化塘處理技術(shù)

氧化塘深度處理技術(shù)是一種操作簡(jiǎn)單、能耗低、效果較為優(yōu)秀的生物技術(shù)。氧化塘模仿自然水體的自凈過(guò)程，其中人為干預(yù)部分主要是菌種馴化、菌種投放、防滲層建設(shè)、圍堤建設(shè)等方面。若有需要，還可以考慮在氧化塘中安裝曝氣設(shè)備，將其營(yíng)造為好氧環(huán)境，為好氧微生物提供更好的繁殖、降解環(huán)境。氧化塘基本無(wú)需運(yùn)行操作、污泥處理，只需較低程度地維護(hù)、維修，對(duì)成本的消耗也很低，但同時(shí)氧化塘的降解能力只能解決有機(jī)物含量較低的焦化廢水，對(duì)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(shí)散發(fā)出難聞的異味，且春夏季節(jié)還會(huì)滋生蚊蠅，影響周邊環(huán)境。氧化塘并非對(duì)全國(guó)各地焦化廢水的處理都適用，這種生物技術(shù)對(duì)運(yùn)行環(huán)境有一定的要求，最佳運(yùn)行溫度在25～35℃，我國(guó)北方和中部部分地區(qū)冬春季節(jié)溫度低，氧化塘中微生物活性低，難以維持對(duì)焦化廢水中有機(jī)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(gè)反應(yīng)空間中按順序完成進(jìn)水、曝氣、沉淀、排水、待機(jī)等5個(gè)流程的生物技術(shù)，因?yàn)檫@5個(gè)流程順序明確，時(shí)間充足，所以這個(gè)反應(yīng)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(shè)備的占地面積，提高了處理效率。不過(guò)，同樣因?yàn)镾BR序批式活性污泥法的間歇操作，其只能用于那些本身就進(jìn)行廢水間歇排放的生產(chǎn)加工作業(yè)，或者用于排放量波峰、波谷差異巨大的作業(yè)之后。SBR序批式活性污泥法的基礎(chǔ)建設(shè)成本低，操作相對(duì)簡(jiǎn)單，處理效果較高，本身具有天然的耐負(fù)荷變化沖擊性，但對(duì)于連續(xù)排放污廢水的生產(chǎn)加工作業(yè)不適用，如需使用需要提前預(yù)設(shè)儲(chǔ)水池[3]。

3.4 A-O工藝組合技術(shù)

常見(jiàn)的A-O工藝組合技術(shù)包括A2-O、O-A-0、A-0-A-O、A-O等數(shù)種，目前國(guó)內(nèi)常用的主要是A-O和A2-O工藝?？v觀全部的A-O工藝組合技術(shù)，其核心原理就是利用營(yíng)造連續(xù)的好氧、缺氧環(huán)境來(lái)發(fā)揮硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌的有機(jī)物降解作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)廢水中有機(jī)物、COD、BOD5等值的控制效果。在A-O工藝組合技術(shù)中，A段是厭氧段或者缺氧段，主要負(fù)責(zé)脫氮除磷，O段是好氧段，主要負(fù)責(zé)降解水體中的有機(jī)物。A-O工藝組合技術(shù)具有污廢水處理效率高、操作流程簡(jiǎn)單、投資成本低、耐負(fù)荷沖擊能力高等方面的優(yōu)勢(shì)，但存在不具備獨(dú)立污泥回流系統(tǒng)，脫氮率難以達(dá)到90%，受水力停留時(shí)間、污泥濃度、污泥齡等因素影響程度較大等劣勢(shì)。

4 焦化廢水生物處理技術(shù)的發(fā)展和展望

焦化廢水是一種有機(jī)物濃度高、難降解的工業(yè)廢水，普通的活性污泥法等生物技術(shù)應(yīng)用效果有限，不能滿足國(guó)家、國(guó)際對(duì)這類高污染工業(yè)廢水的排放標(biāo)準(zhǔn)，出水排放到自然水體后仍會(huì)造成一定程度地污染，因此，發(fā)展新的生物技術(shù)勢(shì)在必行。新型焦化廢水生物處理技術(shù)相比與傳統(tǒng)技術(shù)，優(yōu)勢(shì)在于，其普遍具有操作簡(jiǎn)便、運(yùn)行成本低、處理效果出色、耐負(fù)荷變化沖擊性能高等優(yōu)勢(shì)，這也使得新型生物技術(shù)擁有更廣闊的應(yīng)用空間。不過(guò)隨著現(xiàn)代科技的不斷進(jìn)步，有很多十幾年前排放不受限制的物質(zhì)，在近幾年的出水排放中開(kāi)始受限，比如硝態(tài)氮。現(xiàn)有的生物處理技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中大多是將氨氮經(jīng)過(guò)好氧處理轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，但在硝態(tài)氮的排放也開(kāi)始受限時(shí)，如何將硝態(tài)氮進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成為安全性更高的物質(zhì)進(jìn)行排放，是水處理領(lǐng)域的重要課題。除此之外，生物處理技術(shù)始終因?yàn)槲⑸锏幕钚原h(huán)境需求而受到環(huán)境溫度等因素的限制，使得很多生物處理技術(shù)不能在我國(guó)北方及中部偏北地區(qū)全年使用，因此，開(kāi)發(fā)低溫環(huán)境下仍能保持活性的微生物菌種，依然是生物處理領(lǐng)域的重要研究方向。

5 結(jié)語(yǔ)

本文分析了傳統(tǒng)的常見(jiàn)的焦化廢水生物處理技術(shù)，并分析了新型焦化廢水生物處理技術(shù)相比于傳統(tǒng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，其普遍具有操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行成本低、處理效果出色、耐負(fù)荷變化沖擊性能高等優(yōu)勢(shì)，這也使得新型生物技術(shù)擁有更廣闊的應(yīng)用空間。由此可知，焦化廢水生物處理技術(shù)的未來(lái)發(fā)展也會(huì)繼續(xù)朝著這些方向去發(fā)展，它們會(huì)具有更加出色的適用性，更高的處理效率。

參考文獻(xiàn)

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