（环境工程专业论文）焦化废水优势菌的分离及其降解性能的试验研究.pdf

太原理工大学硕士研究生学位论文 焦化废水优势菌的分离及其降解性能的 试验研究 摘要 本文对焦化废水的来源 特点 主要组成 目前处理技术现状等进 行了较全面的综述 特别对优势菌处理焦化废水技术进行了详细的论述 在此基础上 本文提出了从污泥中分离降解焦化废水的优势菌 全面系 统地研究这些优势菌的降解优势性 为焦化废水降解的可行性研究提供 新的思路 本研究是用焦化废水活化活性污泥 再从活性污泥中选取菌源 按 常规方法对细菌进行筛选 分离 选出优势菌 研究单一和组合条件下 与活性污泥共同作用对焦化废水的降解特性 研究环境因子对优势菌降 解性能的影响 本试验筛选出3 株优势菌 x a w l z e w 3 和乙廿1 它们 对焦化废水c o d 氨氮的去除效果都比较好 其中c o d 去除率效果最好 的是x a w l 与活性污泥混合体系 最高c o d 去除率可达7 2 2 其氨氮 去除率为3 8 7 z e w 3 菌株与活性污泥的混合体系的氨氮去除效果最 好 去除率最高值为4 4 9 其最高c o d 去除率为6 6 9 z a p l 的c o d n h r n 去除率则为7 0 9 3 8 o 最佳环境条件的试验研究结果表明 当菌株在温度为3 0 3 5 c p h 太原理工大学硕士研究生学位论文 值为7 8 的环境条件下生长时 c o d 的去除率介于6 2 8 7 4 3 对于进 水c o d 进水值小于3 7 7 8 m g l 的焦化废水完全可以达到国家二级排放标 准 污水综合排放标准 g b 8 9 7 8 1 9 9 6 中的二级标准c o d 为1 5 0 m g l 投j j 口l m g f l 的m n 2 0 6 m g l f e 2 对体系的c o d 去除率有促进作用 相 应的c o d 去除率可以分别提高1 o 1 0 0 4 8 1 2 1 0 5 m g l i 鬟j c 2 则对各菌株与活性污泥体系均有强烈的抑制作用 它导致c o d 去除率只 相当于投加前的1 3 基于共代谢原理 试验投加不同碳源对焦化废水降 解率的影响 结果发现 甲醇和葡萄糖对混合体系的效果最好 c o d 去 除率分别提高到6 9 3 8 6 1 6 7 5 7 9 4 试验研究表明 优势菌与活性污泥配合能明显提高焦化废水c o d 的 去除率 利用投加这些优势菌可望使焦化废水c o d 达标排放 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 微生物 难降解物质 太原理工大学硕士研究生学位论文 t h e s e p a r a t l o l n a n d t h e e x p e r e n t a i s t i i i n i n g o nd e g r a d 棚o na b i t yo fp r e p o n d e r a n t b a c t e r 删o fc o k e p l a n t a s t e 岫r a b s t r a c t t h i sp a p e rh a sr e c o u n t e dt h eo r i g i n c h a r a c t e r i s t i c m o s t l yc o n s t i t u t i n g a c t u a l i t ya n da d v a n c ei nt h et e c h n o l o g yo ft r e a t i n gc o k ep l a n tw a s t e w a t e r a m o n gt h e t r e a t m e n to f r e f r a c t o r yo r g a n i c w a s t e w a t e rw h i c ho f p r e p o n d e r a n tb a c t e r i u mh a sb e e nd i s c u s sd e t a i l e d t h e r e f o r e s e p a r a t et h e b a c t e r i u ms t r a i n sf r o mt h e s l u d g e s t u d yc o m p r e h e n s i v et h eb a c t e r i u m s t r a i n s d e g r a d a t i o nc a p a b i l i t yi nt r e a t i n gc o k ep l a n tw a s t e w a t e r t op r o v i d ea n e w t h o u g h t f o r r e s e a r c h i n g o f a c t u a lc o k ep l a n tw a s t e w a t e r e f f e c t i v es t r a i n sw e r ei s o l a t e df r o ms l u d g ec u l t i v a t e db yc o k ep l a n t w a s t e w a t e r t h e ns e p a r a t e d s i f t e da n dt a m e db yc o n v e n t i o n a lm e t h o d d i s c u s st h ep e c u l i a r i t yo fd e c o m p o s i t i o na n dc o n d i t i o n a lf a c t o rw h e nt h e s e p a r a t e de f f i c i e n ts t r a i n s d e g r a d ec o k ep l a n tw a s t e w a t e r t h i ss t u d yt o t a l l y i i i 太原理工大学硕士研究生学位论文 s e p a r a t e st h r e ep r e p o n d e r a n ts t r a i n s t h e ya r ex a w l z e w 3a n dz a p l t h e r e m o v a le f f e c to nc o k e p l a n tw a s t e w a t e ra c c o r d i n gt oc o da n dn h 3 ni s q u i t es u c c e e d t h eb e s tr e m o v a lo n et oc o di sx a w lw h i c hs u p e r l a t i v e c o da n dn h 3 一nr e m o v a li s7 2 2 a n d3 8 7 0 a n dt h es u p e r l a t i v ec o d a n dn h 3 nr e m o v a lo fz e w 3i s6 6 9 a n d4 4 9 z a p l i s7 0 9 a n d 3 8 o i ti si n d i c a t e dt h a t a c c o r d i n gt ot h ee x p e r i m e n to fc o n d i t i o n a lf a c t o r t h e t h r e ep r e p o n d e r a n ts t r a i n sw i l lg r o wa tv e r yf a s ts p e e d r e s u l t i n gi nc o d r e m o v a lr e a c hu pt o6 2 8 7 4 3 w h e nt h et e m p e r a t u r ei s3 0 3 5 ca n d t h ep hv a l u ei s7 8 t h a tm e a n st h ec o d q u a l i t yo fe f f l u e n to fc o k ep l a n t w a s t e w a t e rc o u l dm e e tt h es e c o n d a r yn a t i o n a ls t a n d a r da b o u tw a s t e w a t e r d i s c h a r g e g b 8 9 7 8 19 9 6 w h i c hi n f l u e n ti sl e s st h a n3 7 7 8 m g l i fp u t 2 o f1 m 班 f e 2 w h i c hc o n s i s t e n c yi s0 6 m g l t h e nt h ec o r r e s p o n d i n gc o d r e m o v a lw i l lr a i s ef r o m1 0 a n d4 8 t o1 0 o a n d1 2 1 o ri f 0 5 m g l c u 2 i sp u ti n t ot h es y s t e m t h e nt h ec o r r e s p o n d i n gc o dr e m o v a lw i l ld r o p s e r i o u s l yt o 1 3o ft h eo r i g i n a lo n e s c o n s i d e r i n gp r i n c i p l eo fs y n t h e s i s c o n d i t i o n t e s td e g r a d a t i o ne f f e c tb yd i f f e r e n tc a r b o n a c e o u sm a t e r i a la n df i n d t h a tm e t h a n o la n d g l u c o s ew h i c hc o u l dr e m o v ec o du pt o 6 9 3 8 6 1 6 7 5 7 9 4 i v i 一 太原理工大学硕士研究生学位论文 t h er e s u l t so fa p p l i c a t i o ns t u d y i n gs h o wt h a te f f e c t i v es t r a i n sc a n o b v i o u s l yr a i s ec o dr e m o v i n gr a t eo fc o k e p l a n tw a s t e w a t e rc o o p e r a t i n g w i t ha c t i v a t e ds l u d g e i tw i l lb ep o s s i b l et h a te f f l u e n tc o dm e e tw i t ht h e n a t i o n a ld r a i n i n gs t a n d a r dw h e ne f f e c t i v es t r a i n sa r eu t i l i z e di nt r e a t m e n t s y s t e m t h er e s u l t so ft h ee x p e r i m e n to b t a i n e d i n t h i s p a p e rp r o v i d e r e f e r e n c e sf o r f u r t h e rr e s e a r c ha n du t i l i z a t i o n 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 p o n d e r a n ts t r a i n s m i c r o o r g a n i s m r e f r a c t o r yp o l l u t a n t s v 太原理工大学硕士研究生学位论文 符号说明 论文中出现的主要符号及其对应中文含义列于下表中 以供参阅 其它符号在 论文中的出现处均有说明 符号对应表 t h ec o r r e s p o n d i n gm e a n i n go f t h es i g n s 编号符号中文含义 备注 l n h 4 n氨氮也写作n h 3 n 2 n 0 3 荆硝酸盐氮也写作n 0 3 3n o c n亚硝酸盐氮也写作n 0 2 包括硝酸盐氮 4 n o x n硝态氮 和亚硝酸盐氮 5 n h 3 氨气气态 6 n 2氦气 气体 7b o d t 五日生化需氧量也写作b o d 8c o d化学需氧量 单位 m g l 91 d c 总有机碳 单位 m g l l ld o 溶解氧 单位 m g l 1 2t 温度 水温 j 单位 1 3h r t 水力停留时间单位 h 1 4 p hp h 值 无量纲 1 5s v 污泥沉降比以 表示 f 0 v i m m h h w h w m 声明 y9 7 0 47 5 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 塑 垒垂日期 关于学位论文使用权的说明 知o 5 扩 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 o 签名 圈兰垒量日期 导师签名 i 丝型日期 护 n 7 护 一 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 我国环境污染目益严重已成为人们有目共睹的事实 尤其是工业的迅速发展 导致水污染问题严重 1 9 9 5 年全国废水排放量达3 6 5 2 亿n f 造成7 0 0 余条大中 河流中的近1 2 受到了污染i n 其中的焦化废水由于含有毒物质多 生物降解性能 差 对环境危害大 其处理不容忽视 煤炭能源在我国当今经济建设中仍占有重要的地位 炼焦制气工业处于高速发 展的阶段 全国年产焦量以亿吨计算 这些焦化厂的建设对当地的经济发展起到了 一定的促进作用 也带来了环境问题 他们每年约排放出数千万立方米的焦化废水 使许多江河湖泊河流受到严重污染 焦化废水是焦化厂在焦炭炼制 煤气净化及化 工产品回收过程中产生的 其成分与性质因煤的质量 碳化温度及化工产品回收方 法而异 通常焦化废水中含有酚类化合物 脂肪族化合物 杂环化合物和多环芳烃 等有机物 一般c o d 浓度高达1 0 0 0 3 0 0 0 m g l n h 3 n 则在2 0 0 m g l 以上 2 是一种公认的难生物降解的工业废水 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 我国 的焦化厂又以普通活性污泥法为主 其原因是这些厂在设计建设时 焦化废水处理 技术尚处于较低水平 故绝大部分厂家采用的仍为普通生化处理技术 普通活性污 泥法可以高效地去除焦化废水中的酚类物质 但难以满足日益提高的环保要求 并 不同程度存在c o d n h 3 n 等超标的情况 舒文龙 3 1 对我国2 4 家焦化厂污水处 理系统的出水水质进行统计 结果为 c o d 含量低于1 5 0 m g l 者仅占1 2 5 低 于2 0 0 m g l 者仅占2 9 2 对n h r n 几乎没有去除效果 如果这些不达标废水直 接排放到水体 那么会对受纳水体造成了严重的污染 使受纳水体的水质下降 影 响水体的使用功能 尽管近年来新开发出的焦化废水处理工艺能够在一定程度上满足处理要求 但 1 太原理工大学硕士研究生学位论文 还存在着不少问题 如水力停留时间长 需投加粉末活性炭 混凝剂或补充碳源等 处理成本增加 而现有的能实现c o d n h 3 n 达标排放的生物处理方法初期工程 投资大 占地面积大 进水水质要求苛刻 吨水运行费用高 使很多企业难以接受 技术的应用性降低 因此寻求一种流程简单 快速并且低耗的废水处理技术是我国 当前一项很紧迫的任务 这对于大大减轻焦化废水对受纳水体的污染 保护 改进 饮用水源水质都有很大的意义 本课题主要探讨降解焦化废水优势菌的分离及其降解特性规律 1 2 研究目的及研究内容 本课题的研究目的 寻找一种合理 经济 可行的焦化废水处理技术 通过投加高效优势菌 提高 焦化废水的处理效率 能够在最低处理成本的情况下 最大程度的处理焦化废水中 难降解有机物 使处理后出水c o d b o d 5 满足 污水综合排放标准 g b 8 9 7 8 9 6 中的排放要求 研究内容 1 从焦化厂污水处理站曝气池的活性污泥中分离出大量不同形态特征 不 同菌属的菌株 2 研究菌株的生长眙线 以n h 3 n 为指标 初步选出一批菌株进行下一步 试验 3 用稀释的焦化废水驯化初步筛选出的菌株 并逐渐提高焦化废水浓度 复选出3 株c o d n i t 3 n 降解能力好的优势菌株 4 研究优势菌的c o d n h 3 n 去除率及应用各种不同的优势菌测定对焦化 废水的降解性能 5 研究优势菌的最佳降解条件 1 3 课题概述 焦化废水中含有大量有毒有害物质 用普通活性污泥法处理比较困难 有的微 生物可以在焦化废水处理系统中存在 但对其中有毒有害物质 n i 1 3 n c o d 几乎 2 一 一一一一 太原理工大学硕士研究生学位论文 没有去除作用 投加高效优势菌可以改善生物反应器的处理效果 由于优势菌株对 难降解物质的去除率高 在经过较长时间的培养后分离 其抗冲击负荷能力强 一 般可以处理焦化废水达标排放 单株优势菌的专一性较强 而混合菌的共代谢作用 效果优于单株菌 处理焦化废水时 仅投加单株优势菌有时不能完成处理废水达标 排放的任务 应选择多种优势菌组成高效复合菌 采用 高效复合菌 活性污泥 组 合体 它们可利用多种物质发挥其各自最佳生理功能 并利用其代谢协同作用 高 效地降解污染物 针对我国国情 这种处理技术可以减少投资 节省能量 降低成 本 增强污水处理功能 可进一步提高焦化废水的处理效果 实现焦化废水达标排 放 我省以煤炭为主要资源 同时我省属于严重缺水地区 加强焦化废水中c o d 和n h 3 n 降解技术的研究 开发技术经济的焦化废水处理技术已成为当务之急 具 有十分重要的意义 3 太原理工大学硕士研究生学位论文 第二章文献综述 2 1 焦化废水及其处理技术 2 1 1 焦化废水的来源 水质特点及危害 1 焦化废水的来源 焦化厂主要生产煤高温裂解产生焦炭和煤气 并回收化工产品焦油 苯 萘等 因此焦化废水是煤热加工过程产生的 来自炼焦过程中的洗煤 熄焦 副产品加工 和精制等环节f 3 1 同时在煤气净化和化工产品回收过程中也有部分废水产生 主要 废水排放源有1 4 1 煤高温裂解和荒煤气冷却产生的剩余氨水废液 此为焦化厂主要排放源 所排废水量占全厂排放量的一半以上 其水质复杂 组分种类繁多且污染物浓度较 高 除含有氨 氰 硫氰根等无机污染物外 还含有酚 油类 萘 吡啶 喹啉 葱和其它稠环芳烃化合物等 是目前较难处理的废水之一 其中主要污染物n h 3 n 为3 0 0 0 5 0 0 0 m g l c o d 为6 0 0 0 1 0 0 0 0 m g l 2 煤气净化过程中煤气终冷器和粗苯分离槽排水等 所含污染物为酚 氰及 其它c o d 组分等 不含氨且浓度相对较低 3 煤焦油 精苯及其它工艺过程的排水 所含污染物为酚 氰及其它c o d 组分等 水量较少 污染物浓度较低 2 焦化废水的水质特点及危害 1 焦化废水的水质特点 焦化废水属难生化降解的高浓度有机工业废水 成分十分复杂 以酚为主 约 占7 3 其中苯酚又占酚类的4 1 此外 还含有多种多环芳香烃和杂环类有机物 如苯 萘 菲 蒽 吡啶 苯并芘 喹啉 异喹啉 吲哚 联苯 三联苯 吩噻嗪 咔唑 咪唑 吡咯 荧蒽 芴 等等 这些物质大多对生物有毒 难于降解 其中 一些还是强致癌物 5 6 1 焦化废水主要成分见表2 1 5 表2 1 焦化废水有机物组成川 t a b 2 1t h eo r g a i l i cc o m p o s eo f c o k ep l a n tw a s t e w a t c r 所占质量所占t o c 所占质量 所占 序号有机物名称百分比浓度序号有机物名称百分比 t o c 浓度 m g l m l i 苯酚 i 2 1 5 i 帆7l 1 5 8 萘 l 5 6 61 1 7 8 2 4 甲基苯酚 9 5 1 4 l1 0 7 0 1 6i 3 一甲基 i 萘酚 1 0 1 l 2 1 0 3 8 3 一甲基苯酚 0 2 8 9 86 0 3 41 7 82 一甲基 i 一萘酚4 0 1 0 2 1 4 0 l 甲氧基 2 甲基苯 8 0 0 5l o1 8 0 4 甲基 i 氢吲哚 0 1 1 ii 2 3 5 0 2 6 二甲基苯酚 8 3 2 26 7 0 4 1 9 83 甲基 1 氢吲哚8 0 0 81 7 6 0 2 二甲基苯酚 0 0 3 57 3 0 2 0 0l 氢 3 丙醛吲哚酸9 o 4 79 8 7 l 甲氧基 4 甲基苯o 0 8 1 7 2 186 甲轴茚8 0 0 1o 2 8 2 舢二甲基苯酚 0 1 5l 3 1 8 2 2 41 2 8 毗啶 5 氢茚8 0 0 6 l l 2 9lf 2 甲基氰苯 1 2 5 8 2 6 1 9li2 3 肛 3 二氢 1 氢 5 氧刮1 0 0 51 0 l o i p 一 2 甲基丙烯氰 苯酬l 0 0 3 8 0 62 4 8 联葶类 0 1 9 2 1 l 1 1喹啉 4 1 4 0 9 9 2 9 3 42 5 8 丫町 0 0 3 9 0 8 1 1 2 异喹啉 0 0 2 7 ii 5 62 6 ii3 苯基 2 丙烯腈9 1 3 2 l 2 7 5 1 3 呲啶 ll 3 47 0 8 8 2 7 2 乙基苯并呋喃9 o 7 51 5 6 1 4 2 萘酚 11 0 0 5 0 0 i 8 归纳起来 焦化废水有以下特点 成分复杂 8 1 焦化废水组成复杂 其中所含的污染物可分为无机物和有机物两大类 无机物 一般以铵盐形式存在 包括f n h 4 h c 0 3 n h 4 h c 0 3 n h 4 h s n h 4 c n n h o o o 泌哪 n h 2 s h h a 稍心 舯 n h i s c n n h d 麴晚 n h 4 f c c n 3 等 有机物除酚类化合物以外 还包括脂肪族化合物 杂环类化合物和多环芳烃等 其中以酚类化合物为主 占总有机物的8 5 左右 主要成分有苯酚 邻甲酚 对甲 酚 邻对甲酚 二甲酚 邻苯二酚及其同系物等 杂环类化合物包括二氮杂苯 氮 6 一 一 一一一 h m h m 太原理工大学硕士研究生学位论文 杂联苯 氮杂苊 氮杂菲 氮杂蒽 吡啶 喹啉 咔唑 吲哚等 多环类化合物包 括萘 蒽 菲 苯并芘等 水质变化幅度大 9 1 如n h 3 n 变化系数有些可高达2 7 c o d 变化系数可达2 3 酚氰浓度变化系 数达3 3 和3 4 含有大量的难降解物 可生化性较差 有机物 以c o d 计 含量高 但b o d 5 c o d 值低 般为0 3 o 4 废水的可生 化性差 而且废水中所含有机物也多为芳香族化合物和稠环化合物及吲哚 吡啶 喹啉等杂环化合物 废水毒性大 其中氰芳环 稠环 杂环化合物都对微生物有毒害作用 有些甚至在废水中的 浓度已超过微生物可耐受的极限 2 焦化废水的危害 张研琴 1 0 1 做了焦化废水的危害度评价 采用g c m s 方法检测出焦化废水6 0 1 3 9 种有机物 主要检出物类型为p a l l s 烃类和酚类 占检出物的5 0 以上 其危害 主要体现以下三方面 a 酚类 是含量最大的物质 如苯酚 2 甲酚 3 甲酚 4 甲酚 2 4 二甲酚 3 4 二甲酚等 它们不仅是废水中的主要成分 也是主要的环境污染物 本身虽无致 癌性 但具有明显的促癌作用 其中苯酚和2 4 二甲酚是美国环保局优先污染物 而 苯酚 m 甲酚则是我国的优先污染物 这些物质在焦化废水中含量极高 以1 9 9 7 年 l o 月样品为例 苯酚 m 甲酚 2 4 甲酚的含量依次为1 2 5 5 1 1 6 5 m g l 此外 还包括萘 甲基萘 苊 苯并噻酚 二苯并呋喃 乙基酚和丙基酚等 b p a l l s p a l l s 即多环芳烃 是焦化废水中种类最丰富的成分 检出数量为 2 7 种 其中包括美国环保局城市和工业废水分析方法6 1 0 中需检测的1 6 种优先污染物 中的7 种 即苊 蒽 屈 莹 蒽 萘和芘 这是一类广为人知的致癌致突物质 是 焦炉的高温焦油中最主要的成分 而且种类最多 但却不是废水中的主要成分 由 于其显著的毒害作用 长期以来一直是人们关注和侧重的对象 其中的致癌物或可 疑致癌物如萘 葸 苯并 a 葸 苯并 a 芘等皆属于美国环保局优先污染物 这些物 7 太原理工大学硕士研究生学位论文 质的浓度一般都非常大 皆属于致癌或生物活性物质 特别是其中的苯并 a 芘 1 9 3 2 年c o o k 从煤焦油中分离出苯并 a 芘时 就指出该物质具有强烈的致癌作用和明显的 致突变作用 可使某些细菌的微粒体发生突变 造成细菌 其它微生物及小鼠 大 鼠和人等哺乳动物细胞的d n a 损伤 其强致癌作用可引起哺乳动物如大鼠 小鼠 猴 兔的支气管癌 肺癌以及白血病 皮肤癌肿 焦化厂主要检出物中有1 2 种p a h s 属 于美国e p a 城市和工业废水分析方法6 1 0 中需要监测的优先污染物 c 含氮化合物 是焦化厂废水中数量众多且组成十分复杂的有机物 质谱仪定 出的喹啉及某些烷基取代物 被疑为致癌物质 芳烃和芳香胺等同样有不少生物活 性物质 酞酸醋类是废水中另一类致癌物质 其中的酞酸二甲酯 酞酸二异辛酯也 是美国环保局优先检测污染物 总之 焦化废水的成分复杂 污染物种类繁多 其中不少属于有致癌致突作用 的生物活性物质 因此焦化废水的毒性极大 2 1 2 焦化废水的处理技术 针对焦化废水较难处理 大多数焦化企业处理出水中c o d 和n h 3 n 不能达标 排放等问题 国内许多学者对焦化废水的特性进行了大量的试验研究 提出了许多 切实可行的处理技术和工艺 其中一些得到了实际应用 这些处理技术 对减轻焦 化废水对环境的危害 保护水资源起到了积极的作用 l 焦化废水的物化处理技术 焦化废水中所含的高浓度氨氮物质 以及微量有高毒性的c n c n s s 2 和生 化难降解的焦油类及萘类等不溶性有机物 均对微生物有抑制作用 因此应尽可能 在生化处理前 降低其浓度 提高废水的可生化性 针对焦化废水较难处理 大多 数焦化企业处理出水中c o d 和n h 3 n 不能达标排放等问题 国内许多学者对焦化 废水的特性进行了大量的试验研究 提出了许多切实可行的处理技术和工艺 其中 一些得到了实际应用 这些处理技术 对减轻焦化废水对环境的危害 保护水资源 起到了积极的作用 焦化废水的物化处理方法主要有纷顿 f c t o n 试剂法 稀释法 蒸汽气提法 高效气浮除油技术及三项分离技术等 8 t t 一一一m 一f 一 一 一 1 p 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 纷顿 f e t o n 试剂法 纷顿试剂法又称f e 2 h 2 0 2 法 它兼有氧化和混凝的作用 反应实质是利用二 价铁离子和过氧化氢之间的反应催化生成的自由基氧化各种有毒和难降解有机物 达到提高废水可生化性的目的 k b a n e r j e e 等经试验证明 采用过氧化氢添加铁盐 和同时采用紫外光 过氧化氢和催化剂的两个处理过程都能有效的减少废水中的 c o d 的浓度 1 l 1 2 厌氧水解 酸化 法 2 稀释法 葛文准等人 1 3 1 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明 显降低 又通过试验研究了废水经气提脱氨后对生物处理性的影响 结果 b o d j c o d 由未经气提前的o 2 7 提高到气提后的o 5 7 可见可生化性明显提高 3 蒸汽气提法 作为活性污泥法的前处理 蒸汽气提法是一种有效并广泛应用的方法 蒸汽气 提法对于除去有害性污泥成分 焦油状成分 氰根等 特别是除去氨都是非常有效 的 不但使活性污泥稳定化 而且提高了处理效率 同时可减少原氨水的稀释倍数 但这种方法的缺点是能量消耗太大 堀田等人 1 4 l 采用湿式循环氨除去法进行焦化废 水的预处理 不仅有效的除去了焦油状成分 硫化氰 氰根等有害成分 还使游离 氨的去除率达到9 7 4 气浮法 武钢中兴冶金高技术应用研究所研制出一种新技术 超微细气泡曝气 并在 预处理工序中采用了超微细气泡曝气柱技术 是一种较为理想的氧化曝气方法 其 主要优点是设备结构简单 很容易得到超微细气泡 同时这种超微细气泡具有平均 充氧量低 曝气池内溶解氧含量 d o 很高 氧转移效率高 可以大幅度降低曝气 时间 在预处理中能有效去除氨 硫氰化物 酚和氰化物 5 三相分离技术 蒋林时等1 1 6 1 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 大大改善了焦化废水的脱水和脱固性能 预处理后出水完全能 够满足生化装置的进水要求 蔡建安旧 通过试验证明 用三相气提升内循环流化 9 太原理工大学硕士研究生学位论文 床反应器处理焦化废水 耐酚 氰能力强 对酚 氰 c o d 的去除效果好 c o d 去除率达7 6 酚 氰的去除率则在9 5 以上 而且曝气能耗低 6 投加混凝剂 目前 投加混凝剂作为物理化学方法在焦化废水的深度处理方面日益得到广泛 应用 常用的混凝剂有铝系和铁系两大类 聚合氯化铝 p a c 混凝性能好 在我 国水处理工艺中应用居多 其不足之处是絮凝体小 沉降缓慢甚至浮于水面 给分 离及保证出水纯度造成麻烦 该法还应用范围狭窄 出水中可溶性铝盐的残留可造 成二次污染而危害人类健康 聚合硫酸铁在上世纪7 0 年代研究成功以来 以其在 更大p h 值范围内的优良的混凝性能及对温度的适应性能和不存在潜在的二次污染 而引起水处理界的兴趣 在开发应用中取得了进展 7 吸附法 粉煤灰吸附法 粉煤灰主要成分是二氧化硅和硅酸盐 用粉煤灰作为吸附剂深度处理焦化废水 时 脱色效果好 对c o d c 挥发酚 油等的去除效果好 费用低0 8 1 夏畅斌等人 研究了粉煤灰与少量的硫酸烧渣和适量的固体n a c l 在较高温度下用h 2 s 0 4 浸渍 制得集物理吸附和化学混凝为一体的混凝剂 这种混凝剂与无机高分子絮凝剂p s a 配合用于焦化废水的处理 s s c o d c 色度和酚的去除率分别为9 5 8 6 9 6 和9 2 这种混凝剂的生产原料来源丰富 制备工艺简单 生产成本低 处理废水 时混凝沉降速率快 污泥体积小 处理费用低 是一种很好的焦化废水深度处理技 术 长焰煤吸附法 长焰煤是一种具有不均匀固体表面的煤基吸附剂 经研究发现 2 0 1 龙口长焰煤 对焦化废水中化学物质具有较快的吸附速率以及客观的吸附容量 所以将其用于焦 化废水的深度处理或与生化法协同进行废水深度处理是一种有效方法 具有极高的 环保和经济效益 炭 生物膜法 炭 生物膜法处理焦化厂废水是活性炭吸附和炭表面生物膜氧化分解协同作用 的结果 本法具有工艺简单 设备少 投资省 占地面积小 操作方便 运行稳定 1 0 太原理工大学硕士研究生学位论文 可靠和处理费用低等优点 张许达等人通过试验研究表明 焦化废水经此方法处理 后 废水中的酚 氰含量小于o 5 m g l 硫化物小于l m g l 硫氰根的平均去除率为 8 5 0 氨的平均去除率为3 1 5 c o d 的平均去除率为4 0 o 上海公用事业研究所采用z w l 炭质吸附剂对焦化废水进行深度治理结果 z w l 炭质吸附剂通过物理吸附 生产吸附和氧化 化学吸附等手段 能有效地去 除酚 氰 硫 c o d 等有害物质 使焦化废水达标排放 2 崔伟等利用焦炉炉头 焦制炭质吸附剂对焦化废水进行深度处理研究表明 当c o d 和n h 3 一n 的平均进水 浓度分别为1 4 4 3 4 m g l 5 7 9 7 m g l 时 用l t j 炭质吸附剂处理后平均出水浓度分 别为7 4 9 9 m g l 5 4 2 3 m g l 平均去除率分别为4 8 0 6 和6 4 5 平均吸附容量各 为4 2 1 7 8 m g l 和2 2 7 6 m g l 当c o d 和n h 3 n 的平均进水浓度分别为1 4 4 3 4 m g l 5 7 9 7 m g l 时 用新华8 拌活性炭吸附剂处理后平均出水浓度分别为7 4 8 2 m g l 5 4 2 5 m g l 平均去除率分别为4 8 1 6 和6 4 2 平均吸附容量各为4 2 2 8 1 m g l 和 2 2 6 2 m g l 瞄 8 折点加氯法 刘英聆在折点加氯法脱除焦化废水氨氮的学位论文中 对山西焦化总站的废水 采用a o 折点加氯法脱氮工艺 进水n h 3 n 为2 3 0 m g l 时 出水n h 3 n 浓度为 5 m g l 远低于一级排放标准 且运行稳定 效率高 可作为深度处理的方案之一 1 2 焦化废水的生化处理技术 近年来虽然新的物理化学方法处理废水的技术发展日趋迅速 主要的工艺设计 仍以生化处理方法为主 生化处理技术的发展也越来越快 焦化废水主要有以下几 种生化处理方法 处理领域逐渐得到了广泛的应用 1 厌氧水解 酸化 法 厌氧水解工艺的作用机n t 2 4 j 厌氧水解的作用机理即将厌氧消化控制在水解 酸化 阶段 利用水解发酵 作用 在短时间内使焦化废水中不溶有机物溶解 可溶的难降解有机物分子结构发 生变化 部分环状物开环 大分子降解为小分子 以减轻好氧段的处理负荷和对好 氧段的抑制作用 提高c o d 和n h 3 n 的去除率 厌氧水解工艺与厌氧工艺的的区别 2 5 太原理工大学硕士研究生学位论文 作用的时间长短不同 厌氧水解工艺只进行到厌氧反应的前两个阶段 时间短 易于指导实践 而厌氧工艺要经历三个阶段 很耗时 作用的菌种不同 水解工艺中的微生物主要是兼性微生物 而厌氧工艺中 的产甲烷菌是严格的专性厌氧菌 作用菌种的特性和要求的环境条件不同 水解工艺中的兼性微生物在自然界 中数量多 繁殖速度快 在缺氧 无氧或微氧 条件下起作用 要求d o 0 3 o 5 m g l 而厌氧工艺则在厌氧 绝对无氧 条件下进行 要求d o 0 厌氧水解工艺的特点 2 5 丸污水经水解处理后 b o d 5 c o d c 比值明显提高 可生化性大大改善 同时 c o d c r 去除率不断提高 在好氧处理中降低了对硝化菌的抑制作用 提高了n i 1 3 n 的去除率 b 相对厌氧处理而言 水解反应的水力停留时间较短 水解反应一般在4 1 8 h 内完成 c 水解工艺运行稳定 受外界气温变化影响小 水温范围广 一般为5 4 0 d 水解池效率高 占地面积小 且反应器可在常温和低氧条件下运行 不需 外界提供热能和氧 节约能耗 运行费用低 厌氧水解工艺的影响因素 a 污水的水质 水解的难易程度随被处理污水的基质不同而存在差异性 污 染物的水解速率因粒径的大小而变化 粒径大的颗粒水解速率小 b 温度 水解菌和酸化菌对温度的变化不很敏感 在一定温度范围内 温度 的变化对c o d 去除率的影响较小刚 c 进水c o d 浓度 刘新亭通过研究c o d 及其去除率的关系得出 2 7 l 进水c o d 愈高 其去除率也愈大 d 水力停留时间 有研究h t b je 2 8 j c o d b o d 及b o d 5 c o d 随h r t 增加 变化规律是先上升后下降 所以选择b o d 5 c o d 达到最大时的h r t 为最佳值 2 6 1 焦化废水的二级处理技术有物理法 化学法 物化法及生化法 主要采用生 化法处理 实际应用中这两种方法都有采用 主要取决于原有处理系统中的微生物 1 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 组成及所处的环境 卸 这一技术可以充分发挥微生物的潜力 改善难降解有机物生 物处理效果 2 4 1 2 生物强化技术 生物强化技术 2 9 是将特定功能的微生物经过驯化 扩大 分离 筛选 培养后 投加在生物处理体系中以改善其处理效果的一种废水处理技术 这一技术可以充分 发挥微生物的潜力 改善难降解有机物生物处理效果 3 0 1 在废水构筑物中 微生物 与污染物接触 通过微生物分泌的胞外酶或胞内酶的作用 将复杂的有机物质分解 为简单的无机物 将有毒的物质转化为无毒的物质 微生物在转化有机物质的过程 中 将一部分分解产物用于合成微生物细胞原生质和细胞内的贮藏物 另一部分变 为代谢产物排出体外并释放能量 即分解与合成的相互统一 以次供微生物的原生 质合成和生命活动的需要 于是 微生物不断地生长繁殖 不断地转化废水中的污 染物 是废水得以净化 这一技术能充分发挥微生物的潜力 改善难降解有机物的 生物处理效果 这一一般过程可由下图表示 3 1 l 图2 1 好氧微生物处理示意图 f i g 2 lt h ep r o c e s so f o x i cm i c r o o r g a n i s m 微生物脱氮生物原理 生物脱氮是污水中的含氮有机物 如蛋白质 氨基酸 尿素 脂类 硝基化合物等 在生物处理过程中被异养型微生物氧化分解 转化为 氨氮 然后由自养型硝化细菌将其转化为n 0 3 最后再由反硝化细菌将n 0 3 还原为 n 2 从而达到脱氮的目的 生物脱氮过程如图2 2 所示 3 2 1 1 3 太原理工大学硕士研究生学位论文 5 o 3 氮的氧化价位 斗 十 同化 n 0 i n o i n o h r r 卜n 2 0 h 融n c b 反硝化n 0 3 n 0 i n o n 2 0 n l 硝化 n o i 一n q 二i n o h 7 一n 帕h 一n 哪 图2 2 生物脱氮的反应顺序 f i g 2 lt h es e q u e n c eo f n i n o g e nr e m o v a lb ym i c r o o r g a n i s m 细菌降解有机物机理 废水好氧生物处理本质上就是在不断地供给微生物足 够氧的条件下 利用好氧微生物分解废水中的污染物质 细菌通过双加氧酶的作用 将分子氧的2 个氧原子同时引入苯环 形成中间体一l 2 二羟基一1 2 二氯苯 然后 在顺 苯乙二醇脱氢酶作用下脱去2 个氢生成邻苯二酚 多环芳香族碳氢化合物由多 个芳香环组成 其机理与苯的降解相同 好氧细菌降解芳香化合物时 3 3 常以含非 血红素的双加氧酶对底物双羟基化开始 这些酶含2 个或3 个可溶性蛋白相互作用 形成电子传递链 完成从n a d h 和 2 f e s 氧化中心到一个末端氧化酶的电子转移 在芳香族化合物降解的好几步途径中 都需要双加氧酶 好氧降解对不同有机物的 去除效果相差悬殊 苯酚 甲基苯酚等酚类物质易于降解 去除率高达9 5 以上 而甲基吡啶 吲哚 联苯等化合物去除效果较差 难于好氧降解 s e l e v a r a t n a ms 等 3 4 通过在活性污泥中投加苯酚降解菌p s e n d o m o n a sp u t i d a a t c c l l l 7 2 提高了苯 酚的去除率 系统在4 0 天内一直保持在9 5 1 0 0 的苯酚去除率 而没有投加苯酚 降解菌的对照组中 苯酚去除率开始很高 但很快降到4 0 左右 共代谢原理 根据何苗等p 5 的报道 在与苯酚共基质的条件下 吡咯 咪唑 呋喃的生物氧化率显著提高 生物降解性能较单一基质条件下 有很大的改善 共 代谢在此过程中起着重要的作用 又根据近年来资料的报道 喹啉 吲哚分别与苯 酚共基质条件下的好氧降解速度很低 在喹啉 吲哚浓度高时对微生物降解苯酚有 抑制 吡啶和联苯与苯酚共基质难于好氧生物降解 对微生物降解苯酚有明显的抑 制 而在厌氧条件下喹啉 吲哚 吡啶与联苯这4 种物质与苯酚共基质均有较好的降 1 4 太原理工大学硕士研究生学位论文 解性能 孙先锋等 3 6 也研究发现 易降解的苯酚与难降解物共基质时 主要表现是 呼吸曲线下降 表明易降解物与难降解物共基质时 有毒污染物产生了干扰抑制作 用 对于有些难降解有机物 如二萘酚 单基质时抑制活性污泥中微生物的呼吸作用 当与易降解的苯酚共基质后 由于微生物部分利用苯酚作为碳源 一定程度缓解了 其抑制作用 促进了难降解物的利用 另外 不同的难降解有机物与易降解物共代 谢的效果不同 生物效应不同 3 湿式催化氧化技术 湿式催化氧化技术是一种适宜处理高浓度有机废水的废水处理新技术 指在一 定的温度 压力 催化剂作用下 经空气氧化使污水中的有机物和氨转化为水和氮 气等无害物质 达到去除污染物的目的 杜鸿章等 3 7 l 研制出适合处理浓焦化污水的 湿式催化氧化剂 该催化剂活性高 耐酸 碱腐蚀且稳定性高 处理效果好 对 n h 3 n 和c o d 的去除率分别为9 9 9 和9 9 5 其缺点为 催化剂作用过程中 湿 式的高压蒸汽易腐蚀设备 从而降低其使用寿命 4 p a c t 硝化 反硝化技术 p a c t 工艺是在活性污泥中投加粉末活性炭 通过活性炭的吸附作用去除 c o d 然后在通过硝化菌作用下的硝化过程和反硝化菌作用下的反硝化过程实现脱 氮的工艺过程 葛文准等1 3 8 采用这一工艺处理焦化废水 可使出水基本达到 c o d 1 0 0 m g l n h 3 一n 1 5m g l 的排放标准 但由于使用了粉末活性炭 所以处理 费用较高 5 氧化塘在深度处理焦化废水中的应用 由于氧化塘系统具有处理效果稳定 能耗低 容易管理 费用低等诸多好处 所以可将氧化塘用于焦化废水的深度处理 吴红伟等人口9 l 通过研究发现 氧化塘的 深度处理效果与废水进水浓度 温度 p h 营养条件密切相关 它对二级处理后的 低浓度焦化废水进行处理的适宜p h 值为6 8 最佳p h 值为