固定化活细胞工艺处理焦化废水试验研究苍大强

固定化活细胞工艺处理焦化废水试验研究’苍大强、”王庆旺、’鲁晓娟关北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083,**北京嘉华派特森环保科技公司)摘要本文重点介绍了运用专有固定化活细胞生物反应器处理某厂焦化废水的试验过程及成果。本试验针对以往焦化废水处理中存在的问题,即处理后的废水中OCDcr、氨氮的浓度仍然达不到行业排放标准,于生物处理的前端对废水进行预处理,后端采用了氧化絮凝工艺,以更大程度地提高生物系统处理效率。去除率分别达到97%和98.5%,出水中COD及氨氮的浓度完全符合国家二级排放标准。关键词焦化废水,固定化活细胞工艺,预处理,氧化絮凝1引言焦化废水中由于其污染物组成复杂,含有挥发酚、多环芳烃和氧、硫、氮等杂环化合物,属较难降解的高浓度有机工业废水。目前国内外的焦化厂大多采用传统活性污泥法及其改进法处理焦化废水,经处理后的废水酚、氰两项指标均能达到排放标准,但CODc:、氨氮的浓度仍然较高,达不到行业排放标准。其原因是废水中除含有难降解物质(如苯类和毗吮类化合物等)外,尚有硫化物、氰化物等还原性毒物。为了使焦化废水达标排放,国内外研究者从改造现有生化设施及开发新工艺方面着手进行了大量的工作。其中固定化微生物细胞技术就是其中一种。固定化细胞技术是利用物理或化学的手段将游离的微生物细胞定位于限定的空间区域,并使其保持活性反复利用的方法,它是20世纪60年代发展起来的一门新兴生物技术,在化工、发酵生产、能源、医药等行业实际应用效果显著。利用固定化细胞技术处理焦化废水的研究已十分广泛。如吴立波等采用多孔陶粒吸附自固定化菌种的间歇式生物流化床来处理焦化废水,证明了生物固定化工艺应用于含有复杂成分特别是含有抑制性物质废水的脱氮处理时,具有硝化活性高、抗抑制能力强等优点;黄霞等人筛选了能降解焦化废水中的3种难降解有机物(喳琳、异哇琳、毗吮)的优势菌种,并采用无纺布一PVA复合载体进行固定包埋,结果表明,经优势菌种处理sh,3种难降解有机物均可降解90%以上。微生物经固定后对有毒物质的承受能力及难降解能力都有明显提高。但上述研究均为实验室规模,未能实现工业化。本研究中针对焦化废水特点,驯化出高效率的厌氧、好氧、硝化和反硝化菌种群落;研制出了专有固定化生物反应器和低费用、高强度和高传质性的固定化载体,有效地将微生物固定在污水中产生高密度微生物,为微生物提高最佳工作环境,并且在生物系统的前后增加处理装置,以提高生物系统效率。工业试验取得了较好的效果,COD及氨氮去除率分别为97%、98.5%,达到了国家二级排放标准。试验方法原水水质处理水样取自某钢铁公司焦化厂两种废水,水质分别如表1、表2所示。表1焦化废水水样一水质(mg八)表2焦化废水水样二水质(mg月)坚旦些4015N氏一N挥发酚悬浮物PH7007004507.892些644吕NH;一N挥发酚悬浮物PH3057506009.02.2工艺流程工艺流程设计如图1示150出水ǎ段阶三à焦化废水预处理(酸化内电解)微微型CCSBBBBBBBBBBBBBBBBB变变频微电解解解HMBR生物物物物物物反反应器(阶阶阶反应器(厌.....氧化化段段二)))))氧、好氧)))))絮凝凝混合ǎ阶段一à图1试验工艺流程2.3方法2.3.1预处理预处理包括混合,预处理反应及CCBS变频微电解反应。首先将两种水样混合均匀,统一进人处理流程。预处理反应中利用铁的强还原能力,使某些有机物还原成还原态,甚至断链,将废水中的碳源转化为易被微生物利用的形式,提高废水的可生化降解性。并且在水中通人氧气,当水中有溶解氧时,部分eFZ+转变成Fe3十。新生的Fe3十是良好的絮凝剂,具有较高的吸附絮凝活性,进一步去除了污染物。微型CCSB变频微电解反应器为专有技术,大量的机理研究已表明,该技术能够促进焦化废水中难生物降解的高分子量的杂环化合物及稠环芳烃化合物的氧化,同时提高烃类的溶解性,能增加废水中可被微生物利用的碳源。同时该装置还可以处理各种无机和有机好氧物质,如氰化物、酚、油和有色物质等。如废水中的氰化物经下列反应,CN十+ZOH一Ze-一CNO一+HZOeNo一+2姚。一N嘴+e咪-ZCNO一+4OH一6e-一ZCq+NZ+ZHZO转化为CO:和NZ。通过去除部分氰、酚等有毒物质,可以缩短生化反应器启动时间。2.3.2生化反应及接种微生物本试验中生化反应器为专有技术,采用的专有设备固定化生物负载器载体为特殊高分子生物材料,为微生物提供良好的生存环境。接种微生物取自本实验室已培养驯化好的混合厌氧、好氧组团菌种,经混合培养基质定向驯化,其中含有丰富的碳源、氮源和磷源,并且间歇加人氨氮物质,驯化6周后进人生物反应器内,自固定48h。2.3.3氧化絮凝针对高浓度废水中难降解物质,为弥补固定化细胞技术的不足,即经固定化微生物处理过的废水,出水透明度一般稍差,于流程末端分别加人氧化剂B和絮凝剂对废水进行氧化絮凝处理。试验结果COD去除效果试验中各阶段的COD值如表3所列。表3试验各阶段的COD值(mg/)L阶段15966阶段2阶段3从表3中可以看出,焦化废水经过4天处理,取得了较好的COD去除效果,去除率达到97%。而且可以看到整个工艺流程能够承受较高的负荷,所处理废水的COD浓度接近600Omg几,在处理过程中无需加水稀释。这一负荷是传统活性污泥法所能承受负荷的2倍。主要原因是设计独特的生物反应器有效固定微生物,使反应器内的生物量浓度达到s000omg几,是传统活性污泥法(生物量3o00mg几)的15倍,大大提高了废水处理效率。此外,本次试验中生化系统设置了厌氧与好氧两段,对去除COD也起了很大作用。以往国内经生物法151处理的焦化废水中COD浓度较高的原因是水中含有较多的难降解物质,如苯类、毗陡类。有资料表明,毗吮、联苯和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作用,而在厌氧条件下,哇琳、叫噪、毗吮与联苯这四种物质与苯酚共基质均有较好的降解性能。此次试验中OCD浓度下降明显,也表明了设置厌氧处理的必要性。3.2氨氮去除效果本工艺流程中脱氮系统由好氧硝化和厌氧反硝化及回流组成。试验终端出水氨氮浓度镇25mg月。氨氮去除率是98.5%。本工艺流程脱氮效果显著,其中重要原因是本生化反应器及载体为细菌繁殖提供了良好环境。硝化细菌生长缓慢(世代时间约为31h),产率低,并且对有毒物质的存在十分敏感,当有毒有害物质浓度超过一定数量时对硝化细菌的生长产生抑制作用。在本生化系统中由于实现了水力停留时间与固体停留时间的分离,大大降低了硝化菌属生物量的流失,同时依附于载体表面,能够提供其足够的世代增长期,利于其富集生长。另一重要原因是废水经过前端预处理,其中有毒有害物质的浓度降低,减少了对硝化细菌的冲击。3.3出水水质试验终端出水水质如表4所列。C()D(mgL/)氨氮(mgL/)成25mgl/表5为国家污水排放标准。表4试验出水水质挥发酚佩化物(mgL/)(mgL/)悬浮物(mgL/)镇100色度(倍)表5国家标准国家污水排放标准COD(nlgL/)氨氮(mgL/)挥发酚(mgL/)佩化物(mgL/)悬浮物(mgL/)色度(倍)Gl犯978一1996一级二级100150.150.157050巧0250.150.15200806一96一9从表4与表5的对比中可以看出出水水质良好。出水中挥发酚、氰化物、悬浮物指标已经达到国家二级排放标准,原水颜色为深棕色,出水色度镇50倍,已清澈透明。4环境效益与经济效益以上结果表明,本次针对焦化废水的工业试验所设计的工艺流程具有显著效果,出水中COD及氨氮的浓度完全符合国家排放标准,去除率分别达到97%和98.5%。这为下一步将固定化活细胞工艺工业化运用于焦化废水的处理提供了设计依据。而且本处理系统具有极大的环境与经济效益。4.1环境效益本处理系统主要依靠生物系统,即固定化活细胞工艺进行废水处理,微生物细胞固定在非水溶性载体上,因此不需大型的沉淀池就很容易实现快速、高效的固液分离,而且由于微生物量大,其生长基本处于内源呼吸阶段,因此剩余污泥量产生少,约是活性污泥法的十分之一。这意味着极大的减少了对环境的再次污染。因为生物剩余污泥中大部分甚至在数年之后都不能降解,以至于如果不是采用焚烧或化学水解用其它任何天然的方法都不能实际破坏这部分生物量,所以贮存剩余生物量的污泥塘和就地填埋所占有的场地使工业部门面临着许多日益紧迫的问题。本系统中主要采用生物法,减少了化学药剂的使用,所用药剂量约是常规法的35%,很大程度上避免了对环境的二次污染。4.2经济效益下面以某焦化厂废水处理为例进行经济效益分析。①处理规模:200td/。②原水水质:COD为40oomg几一600omg几;氨氮为300mg几一75omg几。152③排放标准:国家污水综合排放标准GB8978一1996中的二级标准。④投资估算:费用列于表6。表6投资估算项目生物反应系统及菌种预处理微电解反应器设计安装调试合计费用(万元)⑤运行成本估算:见表7。表7运行成本估算项目费用(元t/)电耗3.0药剂l5低值易耗品人工工资合计5.0⑥成本比较。本系统中设备占地面积小,操作简便,节约投资和运行费用。比传统活性污泥法(成本为8.5一9元/t)减少40%一45%。参考文献1钱城等。焦化废水的微生物降解研究进展。上海环境科学,2003,22(2):129一131。2王克科,杨昌柱。焦化废水生物处理技术。湖北化工,2003,20(2):1一3。3曹亚莉等。固定化微生物细胞技术在废水处理中的应用。微生物学通报,2003,30(3):77一81。4生物环保技术简介。北京绿环本科技有限公司内部资料。5昊立波等。自固定化高效菌种强化处理焦化废水研究。中国给水排水,1999,15(5):1一5。6邹家庆主编。工业废水处理技术。北京:化学工业出版社,2003。(上接第149页)7.4高炉煤气干法除尘既是环保设施,更是高炉冶炼必不可少的生产设施,必须保证有极高的可靠性和同步运行率。三钢BDC装置具有完备的检测监控装置,且选定较低的过滤速度,有较高的系统处理冗余度,为处理箱体故障提供了机会。7.5高炉炉顶煤气温度突然升高且持续时间较长或休风后高炉重新点火及煤气温度低于露点时,除尘布袋要有较高的抗冲击抗高负荷性能。参考文献《三钢4号高炉工程可行性研究》.中冶集团马鞍山钢铁设计研究总院,2003.2:19的23向君中.《高炉煤气布袋除尘是重要的环保节能工程》.冶金环境保护,2000,6(8):23的24作者简介李奇勇,男,高级工程师通讯处:365000福建省三钢(集团)有限责任公司安环处tel:0598一820517313062103129Email:[e-mail]153