（环境工程专业论文）焦化废水优势菌的筛选及降解特性研究.pdf

太原理工大学硕士研究生学位论文 焦化废水优势菌的筛选及降解特性研究 摘要 本课题以焦化废水为研究对象。焦化废水成分复杂，含有大量的有毒 有害物质，是一种典型的难降解有机废水。常规的活性污泥法对其中的难 降解化合物的去除率较低，以致出水c o d 和n h 3 - n 值较高，不能达标。 因此，近年来，在寻求治理焦化废水的过程中，科研工作者进行了大量的 研究，以找到一种既高效又经济的治理方法，改善环境质量，实现水资源 的循环利用。本课题主要研究通过测定脱氢酶活性从已经分离纯化的菌种 中筛选优势菌，对初步筛选出的菌种进行c o d 和n h ，- n 的降解效果实验， 进一步筛选优势菌，并对优势菌的降解性能和优势菌与活性污泥联合处理 焦化厂曝气池进水进行了研究。可为优势菌降解焦化废水的可行性研究提 供一种依据。 从已经分离纯化的8 3 个菌株中取出5 7 个菌株，对这5 7 个菌株进行筛 选。( 1 ) 以肉汤培养基为底物筛选出1 0 个优势菌株；再用焦化废水做培 养基进行第二次筛选，筛选出6 个菌株；对这6 个菌株模拟曝气池好氧降 解条件进行复筛，筛选出降解c o d 和n h 。_ n 效果都相对较好的3 个菌株e w v 2 、 d p i i l 2 0 、e p i v 2 。其对c o d 的去除率分别为：2 0 2 、2 3 5 、2 1 3 ；对n h 。一n 的去除率分为1 0 6 、1 1 4 、1 0 9 。( 2 ) 将前期筛选出的优势菌株富集 培养，取富集培养的优势菌株的菌液，对其进行降解特性的研究，确定其 生长的合适温度、p h 、溶解氧。( 3 ) 本文进一步研究了各优势菌株的不 同组合对焦化废水的降解效率的影响。( 4 ) 优势菌与活性污泥联合处理 焦化废水的效果和单独用活性污泥的处理效果做对比，进一步验证优势菌 性能。实验结果是：采用活性污泥中投加优势菌后的处理效果都高于单独 用活性污泥的处理效果。其中优势菌组合( e w v 2 + d p i i l 2 + e p 2 ) 投加到 山西省科技攻戈基金资助项目 i 太原理工大学硕士研究生学位论文 活性污泥中其对c o d 、n i t 。- n 的去除率比单独活性污泥分别提高了2 6 3 和 8 ：( 5 ) 优势菌组合( e 1 j | v 2 + d p 1 2 + e p 2 ) 采用聚集一交联固定化方 法固定在活性污泥上后其对焦化废水的去除效果进一步增强，c o d 、n i t 。- n 去除率比单独活性污泥分别提高了3 3 6 和1 2 1 。与该组合未固定化前处 理效果相比其c o d 的去除率提高了7 3 ，m - n 的去除率提高了4 1 。 本试验表明：所选出的优势菌无论是单株优势菌与活性污泥联合或组 合优势菌与活性污泥联合处理焦化废水都能提高处理效果，尤其是能使c o d 的去除率大幅提升。优势菌株用聚集一交联法固定在活性污泥上后，其处理 效果也能进一步增强。本文获得的试验结果可供进一步研究和应用时参考。 关键词：焦化废水，优势菌，降解性能，对比实验 b 硝省科 士攻x 十上会资助项目 i i 太原理工大学硕士研究生学位论文 t h es e l e c t i o no fp r e d o m 叽、i a n tb a c t e r i a b yc o k e p l a n tw a s t e ，a t e ra n d t h es t u d yo ft h e i rd e g r a d a t i o nc a p a b i l i t y a b s t r a c t t h e i n v e s t i g a t e ds u b j e c t o ft h i s p a p e r i s c o k e p l a n t w a s t e w a t e r t h e c o m p o s i t i o no fc o k i n gw a s t e w a t e ri sv e r yc o m p l e x ，w h i c hc o n t a i n sal a r g e q u a n t i t yo ft o x i ca n dh a r m f u ls u b s t a n c e sa n di s ak i n do ft y p i c a lr e f r a c t o r y o r g a n i cw a s t e w a t e r t h er e m o v a lr a t e o ft h e r e f r a c t o r yo r g a n i c sb yt h e c o n v e n t i o n a la c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s si sl o w , w h i c hr e s u l t si nar e l a t i v e l yh i g h v a l u eo f c o da n dn h 3 一ni ne f f l u e n t ，s ot h eq u a l i t yo fe f f l u e n tc a nn o tr e a c ht h e n a t i o n a l d r a i n i n gs t a n d a r d i n r e c e n t y e a r s ，t h es c i e n t i f i cr e s e a r c h e r sh a v e p r o c e e d e d t oe x t e n s i v er e s e a r c h ，a n dt h e nl o o k e df o rt h eh i 曲- e f f i c i e n c y , e c o n o m yw a y st od i s p o s ec o k e - p l a n tw a s t e w a t e r , i m p r o v e de n v i r o n m e n tq u a l i t y a n dr e a l i z e dw a t e r - r e s o u r c er e c y c l e t h er e s e a r c h f u lc o n t e n t so ft h i sp a p e ra r e m a i n l yt os e l e c t e dp r e d o m i n a n tb a c t e r i ab ym e a s u r i n gd e h y d r o g e n a s ea c t i v i t y f r o mh a v es e p a r a t e da n dp u r i f i e db a c t e r i aa n dt h er e m o v a lr a t eo fc o da n d n h 3 - n ，s t u d i e dt h ed e g r a d a t i o nc a p a b i l i t yo fp r e d o m i n a n tb a c t e r i aa n ds t u d i e d t h ed i s p o s a le f f e c to fp r e d o m i n a n tb a c t e r i ac o m b i n i n gt h ea c t i v a t e ds l u d g ef o r c o k e p l a n tw a s t e w a t e r i tc a l lo f f e rb a s i sf o r t h ef e a s i b i l i t ys t u d yo fd e g r a d a t i o n o fc o k e - p l a n tw a s t e w a t e r p r e d o m i n a n tb a c t e r i aw e r es e l e c t e df r o m e x p e r i m e n t i z e d 5 7b a c t e r i a c o m i n gf r o ms e p a r a t e da n dp u r i f r y e d8 3b a c t e r i a ( 1 ) t a k eb r o t hf o rc u l t u r e m e d i u m ，e n r i c h e da n dc u l t i v a t e db a c t e r i a ，t h e ns e l e c t e d1 0b a c t e r i af r o mb e t t e r d e h y d r o g e n a s ea c t i v i t y f o rs e l e c t e db a c t e r i a f o rt h es e c o n dt i m e ，t a k e c o k e p l a n tw a s t e w a t e rf o rc u l t u r em e d i u mt h e n6p r e d o m i n a n tb a c t e r i aw e r e 山诬省科技攻笑基金资助项目 i i i 太原理工大学硕士研究生学位论文 s e l e c t e d r e p e a t e d l y s c r e e n e d6b a c t e r i a b yi m a t i t i n g a e r o b i cd e g r a t i o n c o n d i t i o no fa e r a t i o nt a n ko nc o n s t a n tt e m p e r a t u r es h a k e ra n ds e l e c t e d3b a c t e r i a f r o mt h eh i g h e rr e m o v a lr a t eo fc o da n dn h 3 - n t h er e s u l t ss h o wt h a tt h e r e m o v a lr a t eo fc o do fb a c t e r i ae w v 2 ，d p i i l 2 0a n de p i v 2w e r er e s p e c t i v e l y 2 0 2 ，2 3 5 a n d2 13 ，t h a tt h er e m o v a lr a t eo f n h 3 - no fb a c t e r i ae w v 2 ，d p i i l 2 0a n de p 2w e r er e s p e c t i v e l y1 0 6 ，1 1 4 a n d1 0 9 ( 2 ) d e g r a t i o n c a p a b i l i t yo ft h es c r e e n e dp r e d o m i n a n tb a c t e r i aw e r er e s e a r c h e d t h e nt h eb e s t t e m p e r a t u r e p ha n dd i s s o l z e do x y g e nf o rg r o w t hw e r ed e t e r m i n e d ( 3 ) t h e d e g r a t i o nr a t eo ft h ed i f f e r e n tc o m b i n a t i o na m o n gp r e d o m i n a n tb a c t e r i aw e r e r e s e a r c h e d ( 4 ) t h ed i s p o s a le f f e c to fp r e d o m i n a n tb a c t e r i ac o m b i n i n gt h e a c t i v e ds l u d g ec o m p a r e dw i t ht h a to f s i n g l ea c t i v e ds l u d g e ，t h er e s u l t ss h o wt h a t t h ed i s p o s a le f f e c to ft h ef o m e rw e r eh i g h e rt h a nt h el a t t e r a m o n gt h e c o m b i n a t i o n ，a s s o c i a t e db a c t e r i a ( e w v 2 + d p i i l 2 0 + e p i v2 ) c o m b i n i n gt h e a c t i v e ds l u d g ew a st h eb e s t t h er e m o v a lr a t eo fc o da n dn h 3 - nc o m p a r e dw i t h t h ea c t i v a t e ds l u d g er e s p e c t i v e l yi n c r e a s e d2 6 3 a n d8 ( 5 ) t h et r e a t m e n t r e s u l t so fa s s o c i a t e db a c t e r i a ( e w v 2 + d p i i l 2 0 + e p i v 2 ) a l s oi n c r e a s e da f t e r i m m o b i z e do nt h ea c t i v a t e ds l u d g eb yu s i n ga g g r e g a t i o na n dc r o s sl i n k a g e ，t h e i r r e m o v a lr a t eo fc o da n dn h 3 - nc o m p a r e dw i t ht h es i n g l ea c t i v a t e ds l u d g e r e s p e c t i v e l y i n c r e a s e d3 3 6 a n d 1 2 1 c o m p a r e d w i t hu n i m m o b i z e d i n c r e a s e d7 - 3 a n d4 1 t h e s t u d y i n d i c a t e st h a t s i n g l ep r e d o m i n a n ts t r a i n s o r c o m p o u n d p r e d o m i n a n ts t r a i n sa s s o c i a t i n gw i t ht h ea c t i v a t e ds l u d g em a k ef o ri m p r o v i n g t h er c m o x a lr a t eo fc o k e - p l a n tw a s t e w a t e r , e s p e c i a l l yl o rt h er e m o v a lr a t eo f c o d 。t h et r e a t m e n tr e s u l t so fp r e d o m i n a n tb a c t e r i ai m m o b i z e do nt h ea c t i v a t e d s l u d g eb yu s i n ga g g r e g a t i o na n d c r o s sl i n k a g ec a l la l s ob ei n c r e a s e d t h et e s t i n g r e s u l to ft h i sp a p e rc a no f f e rt h er e f e r e n c e sf o rf a r t h e rs t u d ya n da p p l i c a t i o n | 两择手：l 接攻篾基金资助项q i v 太原理工大学硕士研究生学位论文 k e yw o r d s ：c o k e p l a n tw a s t e w a t e r ，p r e d o m i n a n tb a c t e r i a ， d e g r a d a t i o nc a p a b i l i t y ，c o n t r a s tt e s t 山西省 技攻关基金资助项目 v 声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外。本论文 不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的 法律责任由本人承担。 论文作者签名：互! 丝鑫f 两 日期：塑12 主：垄 关于学位论文使用权的说明 本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其 中包括：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印 件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文； 学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为目的， 复制赠送和交换学位论文；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容( 保密学位论文在解密后遵守此规定) 。 签名：鱼盔! 鱼e t i 哲i ：鹚兰：堕 导师签名： 缒魄毕 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 1 研究课题的提出及意义 第一章引言 8 0 年代以来，随着国民经济的发展，我国特别是山西省炼焦制气工业得到迅猛发展， 焦化工业生产规模不断扩大，这对经济发展和人民生活水平的提高起到了一定的促进作 用，但同时焦化厂排出的大量焦化废水，一部分未经处理直接排放，一部分处理尚未达 标即行排放，使许多江河湖泊甚至地下水受到了严重污染，水资源环境不断恶化，这进 一步加剧了水资源危机。 焦化废水是在煤高温干馏、煤气净化及化工产品精制过程中产生的，其组成和性质 与原煤煤质、碳化温度、生产工艺和化工产品回收方法密切相关。焦化废水成分复杂， 其中溶解性有机物和无机物有1 0 0 多种，除含有8 5 的酚外，还含有单环和多环芳香族 化合物，含氮、硫、磷的杂环化合物以及一些以铵盐形式存在的无机物，许多物质不但 难以生物降解，通常还是直接或间接的致癌物质。焦化废水中的c o d 。，浓度高达1 0 0 0 3 0 0 0 m g l ，n h 3 - n 浓度在2 0 0 m g , q 以上，是一种较难生物降解的工业废水。焦化废水的 c o d 达标去除已经成为当今亟待解决的环保课题之一。 目前，国内外用于去除焦化废水中c o d 和n h 3 - n 的方法主要是生物法，其中又以 普通活性污泥法为主，普通活性污泥法可以高效地去除焦化废水中的酚类物质，但对难 降解有机物及n h 3 n 的去除效果较差，难以达标排放。污水综合排放标准 ( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 中焦化废水第二类污染物最高允许排放要求的c o d c ，二级标准n h 3 - n 一级标准为c o d 。, 0 3 00 3 0 - 0 2 0 o 2 0 可生化性生化性能好可生化较难生化 不易生化 2 2 焦化废水的危害 从焦化废水的水质特点可知，焦化废水中含有大量化合物，所以一旦排入水体这些 有毒化合物就会污染水源、危害人体健康，对渔业、农业等带来严重危害，其危害主要 表现如下【5 l ： 2 2 1 酚类化合物的危害 1 对人体的毒害作用 酚类化合物是原型质毒物，它对一切生物都有毒害作用。酚可以通过与人的皮肤、 粘膜接触发生化学反应，形成不溶性蛋白质，而使细胞失去活力，浓度高的酚溶液还会 使蛋白质凝固。酚还能向深部渗透，引起深部组织的损伤、坏死、直至全身中毒。长期 饮用被酚污染的水会引起头晕、贫血以及各种神经系统病症。 2 对水体及水生物的毒害 水体受含酚污水污染后会产生严重不良后果，由于含酚废水耗氧量高，水体中氧的 平衡将受到破坏，水中含酚o 0 0 2 0 0 1 5 m g l 时，加氯消毒就会产生氯酚恶臭，不能作 引用水。水体中含酚o 1 0 2 t r i 酣时，鱼类有酚味，浓度高时引起鱼类大量死亡，酚类 物质对鱼类毒害极限浓度一般在4 1 5 m g l ，但苯二酚毒性强，浓度为o 2 m 鲫。 3 对农作物的危害 未经迁理的含酚废水( 1 0 0 7 5 0 m 昏q ) ，直接灌溉农田，会使农作物枯死和减产此外， 酚、氰的f 匕合物还是宝贵的化工原料( 苯酚、甲酚、二甲酚、黄血盐等) 。因此，对焦化 生产过程撑出的污水必须经过处理，使酚、氰、等达到一定标准后才能外排。 22 2 n h j - n 的危害 焦化废水中的n h 3 一n 对水生生物有毒害作用。水体中游离氨的浓度大于o 2 m g l 时，对鱼类产生毒害。n h 3 一n 是一种不稳定的物质，在微生物作用下发生硝化反应，生 成n 0 2 。、n 0 3 ，不但消耗水中的溶解氧，而且n o 二。是一种致癌物质，并可引起胎儿畸 6 太原理工大学硕士研究生学位论文 形；n 0 3 会破坏血液结合氧的能力。除此以外大量的氨氮排入水体会造成水体富营养化 其中一些藻类蛋白质毒素可富集在水产生物体内，并通过食物链使人中毒。 2 2 3 多环和杂环化合物的危害 废水中所含的多环芳烃和杂环化合物中 6 1 ，有些是“三致”物质，排入水体后可在 生物体内积累，通过食物链最终进入人体而产生毒害作用。美国环保局于1 9 7 9 年公布 的1 2 9 种优先控制的污染物名单、德国规定的1 2 0 种有毒污染物名单及我国提出的6 8 种环境优先控制污染物中，酚类化合物，萘类化合物，单环芳烃化合物，多环芳烃化合 物，含氮杂环化合物等均在焦化废水中出现。 总之，焦化废水是能造成水体污染的严重污染源，对其中难降解有机物和n h 3 - n 的彻底有效去除是一个重要课题，尤其对我国这样一个以煤为主要能源的燃煤大国，焦 化废水的处理更为紧迫和重要。 2 3 焦化废水处理技术现状 国内外对焦化废水处理工艺和净化技术改进进行了很多研究，不同国家有不同的特 点，操作、运行、测试和监控等技术也更多地向节能、经济、高效和实用方向发展。焦 化废水的最终排放，视各国国情、地质环境、环保法规以及当地生态状况而定。总体而 言，我国焦化废水的治理水平与国外基本相当，但仍存在一定差距。 2 3 1 国内焦化废水处理存在的问题 目前，我国普遍采用的焦化废水处理方法是：首先对高难度的焦化废水，如剩余氨 水等，采用溶剂萃取脱酚和蒸氨；预处理后出水与其它焦化废水混合，进入废水处理设 施，其处理工艺进行产品回收和预处理，一般为：一调节一隔油沉淀( 一气浮) 一生物 处理一排放。存在问题如下： 1 工艺上存在的问题：以上处理工艺对酚和氰化物等易降解有机物有较好的处理效 果。在早期的焦化废水设计与运行中，主要以酚和氰化物为主要处理目标，活性污泥法 曝气池的水力停留时间( h y d r a u l i cr e m a i nt i m e ，h r t ) 一般采用6 8 h 。但是，由于常规活 性污泥法对焦化废水中的难降解有机物，如多环芳烃和杂环化合物的效果并不理想，出 水c o d 浓度较高，难于满足排放标准对c o d 的要求，各焦化废水处理厂站纷纷通过延 长曝气池水力停留时间来提高处理效果，h r t 分别延长至1 2 h 、2 4 h 、3 6 h ，甚至4 8 h 。 由于焦化废水中多环芳烃和杂环化合物的结构复杂，其降解过程需要较长时间，延长水 7 太原理工大学硕士研究生学位论文 力停留时间对焦化废水处理效果起了一定的改善作用，但出水水质仍难以达到废水排放 标准对c o d 的要求。此外，常规生物处理对氨氮无明显去除作用，无法满足废水排放 标准新增加的对氨氮的控制要求。 2 其他问题“”：一些小型的焦化厂还没建造污水处理设施；大多数的焦化厂废水处 理未达标排放。其中主要污染物c o d 的排放浓度在2 0 0 3 0 0 m g l 、n h 3 - n 的排放浓 度在1 0 0 2 5 0m g l ；有的焦化厂排放水需要依靠大量的生活污水和工业循环水稀释后 才能达标，这是不符合污染物总量控制原则的。大多数处理设施建造于2 0 世纪7 0 、8 0 年 代，普遍存在设备老化、开工率低、管理不善、处理效率低下等问题：煤气净化中产生 的污水量大，清污分流不好，污水处理装置负荷重，造成水处理效果差，甚至有些污水 未经处理直接排放。绝大多数企业未考虑焦化废水的回用。废水水处理成本偏高，企业 难以接受口”。 2 3 2 国外焦化废水处理技术现状 在焦化废水处理中m “”，生物活性污泥法是一个比较普遍有效的方法。国外对此项 技术研究和改进得比较多，不同国家有不同的特点。 目前欧美国家处理焦化废水最普遍的方法包括去除悬浮物( 包括油和焦油) 的预处 理，如除氨的气提法、去除酚、硫氰化物和硫代硫酸盐的生物氧化法。在某些情况下， 则采用后处理方法对污水作排放前的最后深度处理。欧渊钢铁联盟在意大利一个生物脱 氮工艺实验后推荐使用简单的活性污泥法去除有机物和氮化合物的方法，称为预脱硝一 硝化工艺，可以描述为：污水进入第一级缺氧混合池，在那里，混合的污水连续抽到第 二级需氧反应池中。当混合污水从曝气反应池溢流到澄清池时，部分混合液又循环到缺 氧反应池中。氨在需氧池中发生硝化反应，返回的污水产生的硝酸盐在缺氧反应池中被 还原成气态氮。碳酸盐则作为生物群的碳源，水中的有机碳源作为能源。需氧池内残余 的有机碳照常在缺氧反应中氧化。这种操作方式具有双重的优点既不需要外部碳源，减 少总的需要量，又能节省为达到系统中的碱平衡而调整p h 值的药剂。 美国美钢联的加里公司炼焦厂的废水处理系统包括：脱焦油设备、废水调整贮存设 备、游离蒸氨系统、后蒸氨调整槽、活性污泥系统以及污泥脱水系统。其中活性污泥 系统采用了一种新型的整体性净化系统集成式活性污泥系统，有一个放置在曝气槽上 的有6 0 c 客4 坡的敞底净化器，从曝气基体中用气提泵抽出混合液，以很高的下冲速度进 入净化器的中央井，然后通过净化器敞开的底部又回到曝气基体中。 由于这个系统是 8 太原理工大学硕士研究生学位论文 置于曝气基体中，而且没有采用可动部件，因此同传统的净化系统相比，明显降低了投 资和运转费用。目前，在欧洲处理焦化废水最普遍的方法包括有去除悬浮物( 包括油和 焦油) 的预处理，除氨的气提法，去除酚硫氰化物和硫代硫酸盐的生物氧化法，在某些 情况下则采用后处理方法对污水做排放前的最后深度处理。 在欧洲，大部分焦化厂焦化废水除氮的常规方法在今后一段时间仍将以蒸汽气提法 为主，在脱氮的碱性药物选择上，一般使用石灰或氢氧化钠。总之，作为最前沿的交叉领 域，生化治理焦化废水是全世界都关注的领域，它的突破将对环保做出特殊的贡献。 2 3 3 焦化废水处理技术 无论在国内还是在国外，焦化工业一直是污染环境较为严重的工业。因此，焦化废 水的处理成为国内外的重点研究之一。近年来，随着排放标准的日益严格，随着环境科 学的不断发展，越来越多的焦化废水处理技术已经被研究和推广应用。现有的焦化废水 处理方法一般可分为物理化学法、生物化学法以及物化生化法或生化物化法。生化 物化法工艺中，物化法主要作为生化处理的深度处理，提高出水水质：物化生化法工 艺中，物化法的作用主要是进行预处理，提高废水的可生化性。物化法包括溶剂萃取脱 酚、石灰或烧碱蒸馏除氨、碱式氯化法去除氰和氨、化学氧化法去除有机物、湿式氧化 及活性炭吸附等【7 1 。此类方法去除污染物效率高、运行稳定，但是多种有机物需要多 种物化法联合处理才能去除。生化法则可在单一的生物处理系统中同时去除多种污染 物，因此被广泛应用于焦化废水处理系统中。 2 3 3 1 物理化学法 这种方法一般是对炼焦工艺产生的废水，首先进行预处理，然后再采用其它方法进 一步深度处理。 1 稀释和气提法 焦化废水中含有的高浓度氨氮物质以及微量高毒性的c n 一等对微生物有抑制作用。 因此这些污染物应尽可能在生化处理前降低其浓度。通常采用稀释和气提的方法。气提 是利用蒸馏对挥发性物质进行提取的方法，在气提过程中，被处理的挥发性物质由液相 传递到气相“。气提法在焦化废水的预处理中用于提取其中的氨氮。 葛文准等”人用自来水对炼焦废水进行不同程度的稀释后，研究可生化性的变化情 况表明：曝气池进水应控制c o d 。，在1 0 0 0 m g l 以下，否则废水的可生化性将明显降低。 通过试验研究废水经气提脱氨后对可生化性的影响，结果b o d 5 c o d 。，由未经气提前的 9 太原理工大学硕士研究生学位论文 0 2 7 提高到气提后的o 5 7 。 2 气浮法 气浮是将空气以微小气泡的形式通入水中，使微小气泡与在水中悬浮的颗粒或油滴 粘附，形成水一气一颗粒( 油滴) 三相混合体系，颗粒粘附于气泡上浮至水面，从水中 分离出去，形成浮渣。因过多的油类会影响后续生化处理的效果叫1 ，气浮法焦化废水 预处理的作用是除去其中的油类并回收再利用，此外还起到预曝气的作用，影响气浮除 油效果的因素主要有气浮时间、分离时间、气浮药剂以及水中油类或悬浮物的疏水性等。 富磊详细研究了上述因素对气浮处理焦化废水效果的影响，研究发现，在气浮时f h j 为 3 0 m i n ，分离时间为1 8 r a i n 时，使用组合气浮药剂对焦化废水的原水c o d 。，的去除率5 6 5 ，对油类的去除率达9 5 以上。 徐晓军等采用小型新型c a f 气浮机加药絮凝气浮处理焦化废水。研究表明采用 组合絮凝剂( p a s s + p a m ) ，在气浮时间为3 m i n ，气浮分离时间为1 8 m i n 时，焦化废水 经气浮处理后c o d 。从6 8 0 0 m g l 下降为1 8 3 0 4 m g l ，c o d 。，去除率达到5 6 5 ，色 度从4 0 0 下降为1 0 0 ，废水中油含量从6 8 9 3 m g l 下降为1 3 7 8 m g l ，除油率高达9 9 8 。 焦化废水絮凝气浮后，除去了大部分难降解高分子有机物和绝大部分油，为下一步处理创 造了良好的条件。 3 焚烧法 焚烧法吲治理三废始于5 0 年代，特别是自7 0 年代以来，焚烧工艺、设备、技术取 得了很大的进步。特别适合于处理高浓度有机及无机废水，使高浓度有机废水变成c 0 2 和水蒸汽的少许无机物灰分，没有二次污染，c o d 。，去除率达9 9 5 以上，干净、彻底， 不留后患。焦化废水污染物浓度高，成分复杂，用焚烧技术处理应该是较理想的方案， 焚烧技术【 1 的焚烧炉有液体喷射焚烧炉、回转窑焚烧炉、流化床焚烧炉等多种类型。但 同其它方；点比，焚烧法设备投资及运行费用较高。 4 混凝沉淀法 混凝是水处理的一个重要方法，用以去除处理废水中自然沉淀法难以沉淀去除的细 小的悬浮物和胶体物质1 1 2 | 。该方法广泛应用于焦化废水的预处理、中间处理和最终深 皮处理。它除用于焦化废水的悬浮物和胶体物质外还用于除油和脱色。此法的影响因素 有废水的p h 值、混凝刺种类和用量。混凝法的关键在于混凝剂。目前一般采用聚合硫 酸铁作混：疑剂，对c o d 的去除效果较好，但对色度、f 的去除效果较差。该法处理费 1 0 太原理工大学硕士研究生学位论文 用低，既可以间歇使用也可以连续使用。上海焦化总厂【9 1 选用厌氧一好氧生物脱氮结合 聚铁絮凝机械加速澄清法对焦化废水进行综合治理，使出水中c o d 1 5 0 m g l ， n h 3 - n 1 5 m g l 。卢建杭等人【1 0 1 开发了一种专用混凝剂m 1 8 0 ，该药剂可有效去除焦化 废水中的c o d 。、色度、f 一和总c n 一等污染物，使废水出水指标达到国家排放标准。 5 萃取法 萃取脱酚是一种液液接触萃取、分离与反萃再生结合的方法。该法脱酚效率高， 可达9 5 以上，而且运行稳定，易于操作，运行费用也较低。在我国焦化行业废水处理 中应用最广。新建焦化厂都采用溶剂萃取法。萃取剂多为苯溶剂油( 重苯) 和n 5 0 3 煤 油溶剂。萃取效果的好坏，与所用萃取剂和设备密切相关 i h 。 6 吸附法 近2 0 年来，各国科学家使用吸附法对工业废水开展了净化研究工作，取得了重大 的进展。我国开展该项研究虽起步较晚，但发展很快。吸附法处理废水，是利用多孔性 吸附剂吸附废水中的一种或几种溶质，使废水得到净化引。吴健等人【b 1 在原生物脱酚设 备的基础上，用向二沉池中投加絮凝剂和新增焦炭、活性炭吸附塔等设备的方法对焦化 废水进行深度处理，使废水中的c o d 。，去除率达8 0 9 0 。但焦化废水处理中采用吸 附法( 如活性碳吸附) 回收酚存在一定困难，因有色物资的吸附是不可逆的，活性碳吸 附有色物资后，极难再生将有色物资脱下来，从而影响活性碳的使用寿命。吸附法主要 有下面几类： ( 1 ) 粉煤灰吸附法 粉煤灰表面积较大，且具有一定的活性基因，吸附作用包括物理吸附和化学吸附。 从粉煤灰的理化性质来看嘲1 ，粉煤灰去除废水中的有害物质主要是通过吸附，但在一定 条件下，也有一定的絮凝沉淀和过滤作用。 张昌鸣6 ”等用粉煤灰作为吸附剂对山西焦化厂的生化车间出水进行深度处理，处理 后的最终出水水质良好，除氨氮偏高外，其余污染物浓度均低于国家规定的允许排放标 准，并符合新厂的一级排放标准。以1 6 个污染物作统计，深度净化水质符合农田灌溉 水质标准，必要时可急用。 徐革联瞄6 1 等人在实验中发现粉煤灰对焦化废水也有较好的处理效果，进而对用粉煤 灰生物联合处理焦化厂废水进行了实验研究。结果表明，在生化处理焦化厂废水的同时 投加1 0 3 0 k g m 3 一定粒径的粉煤灰可使焦化废水c o d 值比单纯用生化法处理降低 太原理j ：人学硕士研究生学位论文 2 0 8 0 ，达到国家废水排放标准。 活性炭吸财法 孟文芳等啪j 针对制药厂产生的废弃活性炭，采取了烘干再生、水洗再生、酸溶液再 生和碱溶液再生方法研究。利用再生后的活性炭对焦化废水进行了三级处理试验研究。 研究结果表现，经过二级尘物处理的终化缓水，c o d c ，为5 9 4 m g l ，n 王3 一n 为l2 4 6 m l 。废水经过水洗再生活性炭三级串联吸附处理后，c o d 。，降为5 3 m g l ，n h 3 - 4 降为 3 2 5 m g l 。用再生的制药废活性炭深度处理焦化废水是一种非常有效的“以废治废”环 保薪技术， ( 3 ) 长焰煤吸附法 张兆春等人为了寻求有效地深度处理方法，对腐殖酸类物质长焰煤作为吸附剂 迸行焦化废水深度处理方面进行了一定的研究工作，研究表明：龙日长结煤对焦化废水 中化学耗氧物质具有较快的吸附速率以及可观的吸附容量，其静态等温吸附符合 f r e u n d l i c 吸附等温式：吸附动力学可由鲛岛吸附速率方程描述。他们的研究为焦化废水 深度净化拓宽渠道，因而其有极高的环保及经济效益。 7 三相分离技术 蒋林时等7 伽采用三项分离的方法延迟对焦化废水进行预处理，通过自由沉降和高温 离心分离技术，大大改善了焦亿废水的脱水和脱图性能，预处理后出水完全能够满足生 化装置的进水要求。蔡建安7 1 i 通过试验证明：用三相气提升内循环流化床反应器 ( a i r l i f t - i n t e r n a l 1 0 0 pr e a c t o r ，a i l r ) 处理焦化废水比活性污泥法效果好，其处理负荷 商，c o d 迸水负荷为d k g a m 3 。c o d 去除的容积负荷可达到7k g m 1 1 1 3 。它对酚、氰 笞污染物的耐受力强，去除效果好，并具有较低的曝气能耗其c o d 去除率为5 4 4 - - 7 6 ， 酚去除率为9 5 9 9 2 ，氰去除率为9 5 9 9 2 。 2 3 3 2 生物化学法处理焦化废水 生物处理方法是以活性污泥为主体的废水处理方法。现有的许多生物处理方法是在 传统的活性污泥法的基础上进行改进而发展起来的。经过许多试验和改进，今天已有很 多活性污泥法的变种在使用。各种类型的活性污泥系统有四个共同的特点：( 1 ) 利用含微 生物的絮状污泥【混合液悬浮固体( m l s s ) 去除进水溶解性及颗粒态有机物；( 2 ) 利用静止 沉淀去除工艺流程中的m l s s 。产生含悬浮物浓度低的出水；( 3 ) 沉淀下来的污泥作为浓 缩污泥由沉淀池重新回流生物反应池；( 4 ) 利用剩余污泥控制污泥停留时间，使其达至所 1 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 需要的值p 4 。 1 传统活性污泥法 自1 9 1 4 年由阿登( a e 丘1 ) 和洛基特( l o c k e t t ) t s j 开仓, j 来，已逐渐普及。直到今天， 它是废水处理中应用最广泛的生化操作。该处理工艺由曝气池、二次沉淀池、曝气系统、 污泥沉淀池，鼓风机和污泥回流系统等设施组成。焦化废水经初次沉淀池，再从二次沉 淀池底部回流的污泥同时进入曝气池，通过曝气，活性污泥呈悬浮状态，并与废水充分 接触。废水中的悬浮固体和胶状物质被活性污泥吸附，而废水中的可溶性有机物被活性 污泥中的微生物用作自身繁殖的营养，代谢转化为生物细胞，并氧化成为最终产物( 主 要是c 0 2o 非溶解性有机物需先转化为溶解性有机物，而后才被代谢和利用，废水由 此得到净化。此工艺能将焦化废水中的酚、氮等有效地去除，但对焦化废水中的氨氮， 特别是有机氮的降解效果极差，n h 3 - n 在2 0 0 m g l 左右，c o d 。在3 0 0m g l 左右【”1 。 活性污泥法处理的关键是保证微生物正常生长繁殖，为此须具备以下条件：一是要供给 微生物各种必要的营养源，如碳、氮、磷等，若以b o d 5 代表含碳量，一般应保持b o d s ：n ：p = 1 0 0 ：5 ：1 ( 以质量计) 。焦化废水中往往含磷量不足，一般仅含0 6 1 6 m g l ， 故需向水中投加适量的磷；二是要有足够的氧气；三是要控制某些条件，如p h 以6 5 9 5 、水温以1 0 2 5 为宜。另外，应将重金属离子和其他能破坏生物过程的有害物质 严格在规定的范围之内，以保证微生物生长的有利环境。 2 生物脱氮法 由于传统活性污泥法对焦化废水中的氨氮，特别是有机氮的降解效果差，而含氮化 合物对人类及生态环境带来严重危害，故焦化废水脱氮在国内外己普遍引起重视。生物 脱氮技术与2 0 世纪7 0 年代首创于加拿大，8 0 年代英国率先投入实际应用。生物脱氮是 水污染控制的一个重要研究方向，已引起世界各国的普遍关注“”。从生物的生长方式角 度，生物脱氮技术可分为悬浮态生长，浮着在悬浮体或者固定载体上呈生物膜状态生长 等c t t o 常规的活性污泥工艺过程中硝化作用不完全，反硝化作用则几乎不发生，总氮( t k n ) 的去除率仅1 0 3 0 之间。而含氮化合物对人类及生态环境带来严重危害，故焦化废水 脱氮在国内外已普遍引起重视。因此促使人们对传统的活性污泥法进行改造，以提高氨 氮的去除效果。目前用于焦化废水生物脱氮的工艺主要有a o 工艺、a - a o 工艺、s b r 工艺。 1 3 太原理工大学硕士研究生学位论文 ( 1 ) 刖o ( 缺氧好氧) 工艺 a o ( 缺氧一好氧) 工艺，是在传统活性污泥法基础上的改进，是在8 0 年代初开创的 工艺流程。, a d o 法的工艺原理，就是充分利用微生物的硝化和反硝化作用，进行脱氮。 ( 其工艺流程参见图) 在a o 法流程中，废水先流入缺氧的反硝化系统与经硝化后含有 硝态氮和亚硝态氮的回漉水混合，进行反硝化反应。废水中有机物为该段反硝化的进行 提供了碳源，另外反硝化段产生的碱度可以提供给硝化段，中和该段产生的一。在我 斟”j ，a o 处理工程的实验室研究开始与2 0 世纪8 0 年代末，鞍山焦耐院与有关单位合 作分别于1 9 8 9 年和1 9 9 1 年完成了生物脱氮处理工程的小试和工业应用试验，取得了令 人满意的结果。并于1 9 9 3 设计了处理规模为6 0 0 0 m 3 d 废水处理设施，与1 9 9 4 年开始 了处理运行。影响a o 法普遍推广的因素很多，其中有水力停留时间长( 约3 0 h 左右) 、 回流比大、投资和运行费用高等，活性污泥一旦受到冲击，需要较长时问才能恢复。a o 法最佳温度在北方地区冬季难以保证，这样也就很难保证出水水质。 图2 - 1a o 法生物脱氪工艺流程图 f i g2 - it e c h n o l o g i c a lp r o c e s sf o rt h et r e a t m e n t o f a m m o n i an i t r o g e nr e m o v a lo n a o a o 法具有如下优点： a 、反硝化反应以原废水为有机碳源：b 、硝化池内含有大量硝酸靛，硝化液回流 到反硝化池进行硝化脱氮反i 叠：c 、在反硝化反应过程中，产生的碱度可补偿硝化反应 时所需碱量，如废水氮浓度不高时可不必另外加碱；d 、该工艺具有流程简短，工程造 价低等优点。 1 4 太原理工大学硕士研究生学位论文 a o 法不足之处： a 、该系统的脱氮率一般在8 5 左右：b 、处理水中含有一定浓度的硝酸氮，如沉 淀池运行不当，不及时排泥，会产生反硝化反应，污泥上浮，出水水质恶化；c 、要提 高脱氮率，必须加大内循环比，将导致：一是运行费用增加：二是内循环液带