生物酶技術(shù)處理焦化廢水
1.概觀
焦化過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的廢水。由于不同焦化廠采用的生產(chǎn)工藝和化工產(chǎn)品的精細(xì)化加工深度不同，廢水的性質(zhì)、數(shù)量和特性也不同，但廢水中所含的主要特征污染物是相似的。在焦化生產(chǎn)過(guò)程中，會(huì)排出大量含有氰化物、油、酚、氨等有毒有害物質(zhì)的廢水。這些廢水主要包括煉焦煤的分離水、煤氣凈化過(guò)程中形成的廢水或焦油加工和苯精制過(guò)程中產(chǎn)生的廢水。
上海寶鋼化工有限公司梅山分公司(簡(jiǎn)稱梅華)主要從事焦?fàn)t煤氣凈化、焦?fàn)t煤氣凈化副產(chǎn)物焦油和苯的深加工、焦化廢水處理。目前焦化酚氰廢水廠處理的廢水主要有焦?fàn)t剩余氨水、煤氣凈化工序廢水、焦油加工工序廢水、瀝青加工工序廢水、苯加工工序廢水和生產(chǎn)工序低濃度廢水。通過(guò)跟蹤酚氰廢水系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱酚氰廢水系統(tǒng))，酚氰廢水系統(tǒng)進(jìn)水COD為1500mg/L ~ 2500mg/L，生化階段二沉池出水COD為200mg/L~300mg/L(見(jiàn)表1)。美華希望在不改造設(shè)備的情況下，進(jìn)一步將出水COD降至150mg/L。為此，聯(lián)合上海梅山工業(yè)與民用工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，進(jìn)行了添加生物酶的試驗(yàn)，以確定生物酶是否能提高焦化廢水生物處理中COD的去除率。
2.生物酶的組成及應(yīng)用
生物酶是由活細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化功能的有機(jī)蛋白質(zhì)。用于工業(yè)廢水處理的生物酶是一種從天然植物中提取的催化蛋白。這種催化蛋白加入污水生化系統(tǒng)后，能與微生物結(jié)合，從而具有增強(qiáng)抗毒性能力(特別是抗鹽、抗氰等)的功效。)和生化系統(tǒng)中微生物的抗沖擊能力。此外，它還能催化降解廢水中難生物降解的有機(jī)物。
在工業(yè)廢水處理中，生物酶體系的運(yùn)行包括兩個(gè)步驟:生物酶體系的建立和生物酶體系的運(yùn)行維護(hù)。(1)生物酶體系的建立:在廢水體系中加入活化酶和相應(yīng)的助劑，通過(guò)酶的作用，盡快發(fā)揮生物菌群的活性，從而加快整個(gè)生物降解和分解，逐漸形成一個(gè)酶系統(tǒng)。(2)生物酶體系的維護(hù):生物酶體系逐漸形成后，為了維持酶系統(tǒng)的平衡，需要不斷補(bǔ)充流失的生物酶及其助劑，因?yàn)樵谏锩阁w系運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)有少量的酶隨水或污泥流失。
實(shí)驗(yàn)涉及8種生物酶，其代號(hào)分別為RDM101、RDM103、RDM104、RDM105、RDM106、RDM107、RDM109和RDM111。每種酶的適用環(huán)境和適合處理的廢水類型如下:
RDM101:催化厭氧水解反應(yīng)，促進(jìn)不溶性COD向可溶性COD轉(zhuǎn)化，提高廢水后續(xù)可生化性。該酶還能促進(jìn)缺氧池中的反硝化作用。主要用于生化系統(tǒng)的厭氧和缺氧池。
RDM103:該酶能大大提高好氧微生物的耐鹽能力，可用于高鹽度廢水、含氰廢水、制藥和印染廢水的處理。
RDM104:催化好氧微生物降解廢水中的苯酚、萘、吡啶、喹啉、蒽、苯甲酸、苯胺、苯并芘等雜環(huán)芳香族物質(zhì)。主要用于焦化、制藥、印染廢水處理。
RDM105:通過(guò)好氧或兼性微生物催化和促進(jìn)廢水中溶解油和碳?xì)浠衔锏姆纸?。適用于石化廢水和其他含油廢水的處理。
RDM106:當(dāng)廢水中含有洗滌劑或表面活性劑時(shí)，曝氣池中會(huì)產(chǎn)生大量泡沫。在這種情況下，加入這種酶可以減少泡沫的產(chǎn)生，平衡絲狀菌和膠團(tuán)菌的生長(zhǎng)，防止污泥膨脹。
RDM107:這種酶可以提高微生物對(duì)硫氰酸鹽的抵抗力。用于化工廢水和焦化廢水的處理。
RDM109:一種強(qiáng)氧化、廣譜的酶，既能催化好氧微生物降解高分子，又能促進(jìn)低分子難降解物質(zhì)的分解。適用于造紙廠、焦化廠、制藥廠和印染廠的廢水處理。
RDM111:利用好氧微生物催化促進(jìn)廢水中木質(zhì)素、纖維素、半纖維素、變性淀粉的降解，可用于造紙廢水處理。
3.試驗(yàn)
3.1測(cè)試流程
生物酶處理焦化廢水中試工藝流程示意圖見(jiàn)圖1。試驗(yàn)裝置模擬美華酚氰廢水系統(tǒng)生化工段的工藝流程，采用A2O2工藝，經(jīng)過(guò)調(diào)整穩(wěn)定后，分別在厭氧池、缺氧池、好氧池(圖1中三個(gè)位置(1)、(2)、(3))投加相應(yīng)的活化生物酶，監(jiān)測(cè)投酶前后的出水水質(zhì)變化，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)COD數(shù)據(jù)。
3.2測(cè)試設(shè)備
試驗(yàn)裝置處理能力為0.5t/h，2015年7月，試驗(yàn)裝置運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)管道連接、相關(guān)設(shè)施建設(shè)和大型生產(chǎn)系統(tǒng)模擬調(diào)試。8月，設(shè)備安裝完成。根據(jù)工藝流程圖，該設(shè)備直線布置在酚氰廢水系統(tǒng)旁，主要設(shè)備參數(shù)見(jiàn)表2。
3.3生物酶的使用方法
為了便于運(yùn)輸和儲(chǔ)存，生物酶被制成固體顆粒。顆粒的中心是被酶分子包圍的非活性核心，在應(yīng)用中需要溶解和活化。實(shí)驗(yàn)中溶解的全過(guò)程是:取1m3~1.5m3的塑料桶，倒水，20℃~30℃的工業(yè)水占80%~90%，污水占10%~20%，然后加入設(shè)定量的生物酶(質(zhì)量濃度為1000mg/L ~ 4500mg/L)。用專用機(jī)械攪拌或微氣泡曝氣2 ~ 3小時(shí)，然后加入0.5kg~1kg食用油。在20℃~30℃的溫度下，輕輕攪拌24小時(shí)~30小時(shí)，直到生物酶溶解，然后將桶中的溶解物質(zhì)逐漸加入生化池中。
3.4測(cè)試過(guò)程
整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，所用進(jìn)水與酚氰廢水系統(tǒng)相同，取酚氰廢水系統(tǒng)調(diào)節(jié)池出水，與酚氰廢水系統(tǒng)同步運(yùn)行，試驗(yàn)裝置處理能力為0.5t/h，從2015年7月開(kāi)始，試驗(yàn)分為四個(gè)階段，即模擬酚氰廢水系統(tǒng)階段、加酶階段、穩(wěn)定運(yùn)行階段和抗負(fù)荷試驗(yàn)階段，至12月結(jié)束。
3.4.1第一階段:模擬酚氰廢水系統(tǒng)階段
8月，生物酶試驗(yàn)裝置開(kāi)始進(jìn)水，添加污泥，開(kāi)始馴化。進(jìn)水和大系統(tǒng)一樣，都是調(diào)節(jié)池的水。8月底，試驗(yàn)裝置的硝化反硝化功能基本正常。9-10月模擬大系統(tǒng)運(yùn)行，在不添加生物酶的情況下，跟蹤監(jiān)測(cè)試驗(yàn)裝置進(jìn)出水水質(zhì)和酚氰廢水系統(tǒng)進(jìn)出水?dāng)?shù)據(jù)。結(jié)果如圖2所示。從圖2可以看出，兩者的COD數(shù)據(jù)基本相同。
3.4.2第二階段:加酶操作階段(酶種配比選擇)
經(jīng)過(guò)多次調(diào)整酶的種類和比例，最終形成如下酶種配比關(guān)系:(1)厭氧池:1.8kg酶，按RDM101100%配比；(2)缺氧池:7kg酶，按RDM101、RDM104和RDM105的質(zhì)量比為2:1:1；(3)好氧罐:酶21kg，按照RDM104、RDM103、RDM106、RDM107、RDM109、RDM111的質(zhì)量比為10: 15: 12: 12: 45: 6。
生物酶比例調(diào)整后，11月酶系統(tǒng)開(kāi)始穩(wěn)定運(yùn)行。試驗(yàn)裝置排水與酚氰廢水系統(tǒng)的水質(zhì)對(duì)比見(jiàn)圖3。從圖3可以看出，生物酶試驗(yàn)出水COD穩(wěn)定在150mg/L~160mg/L，低水平為116mg/L，明顯低于原酚氰廢水系統(tǒng)。
3.4.3第三階段:穩(wěn)定運(yùn)行階段
12月，生物酶體系建立完成，系統(tǒng)逐漸穩(wěn)定運(yùn)行。在此期間，使用生物酶的劑量來(lái)維持系統(tǒng)中生物酶的損失。穩(wěn)定運(yùn)行階段試驗(yàn)裝置排水與酚氰廢水系統(tǒng)排水的水質(zhì)對(duì)比見(jiàn)圖4。從圖4可以看出，該階段試驗(yàn)裝置出水的COD穩(wěn)定保持在100mg/L以下
在生物酶體系穩(wěn)定運(yùn)行階段，對(duì)體系中活性污泥的鏡檢發(fā)現(xiàn)，體系中鐘蟲(chóng)、游動(dòng)纖毛蟲(chóng)等原生動(dòng)物和后生動(dòng)物的輪蟲(chóng)數(shù)量增加，而實(shí)驗(yàn)前體系中只發(fā)現(xiàn)鐘蟲(chóng)、游動(dòng)纖毛蟲(chóng)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)輪蟲(chóng)。作為活性污泥原生動(dòng)物的典型代表，鐘形蟲(chóng)的活性對(duì)活性污泥的運(yùn)行狀態(tài)有很好的反應(yīng)。這些微生物的存在表明系統(tǒng)環(huán)境穩(wěn)定，生物活性增強(qiáng)。
3.4.4第四階段:抗負(fù)荷試驗(yàn)階段
系統(tǒng)穩(wěn)定后，為了進(jìn)一步考察生物酶系統(tǒng)的耐受性和穩(wěn)定性，進(jìn)行了增加負(fù)荷的試驗(yàn)。12月18日進(jìn)水COD增加到2000 mg/L以上，試驗(yàn)裝置進(jìn)水COD監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖5。
12月18日開(kāi)始負(fù)荷試驗(yàn)，停止添加生物酶，驗(yàn)證生物酶的衰減率。負(fù)荷增加時(shí)，試驗(yàn)裝置排水與酚氰廢水系統(tǒng)排水的水質(zhì)對(duì)比見(jiàn)圖6。從圖6的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，試驗(yàn)裝置的出水COD有所上升，并穩(wěn)定在110mg/L-130mg/L之間
4.實(shí)驗(yàn)COD去除效果分析
整個(gè)實(shí)驗(yàn)經(jīng)歷了污泥馴化、系統(tǒng)穩(wěn)定、生物酶篩選和添加以及后續(xù)抗負(fù)荷四個(gè)階段。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，重點(diǎn)跟蹤了COD數(shù)據(jù)。COD平均監(jiān)測(cè)值和COD去除率見(jiàn)表3，詳細(xì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖2-6。根據(jù)表3的數(shù)據(jù)分析，COD的去除率分四個(gè)階段逐漸增加。從圖6可以看出，增加系統(tǒng)的污染物負(fù)荷對(duì)排水水質(zhì)有影響，出水COD略有上升，但仍能控制在150mg/L以下，系統(tǒng)的抗沖擊能力和去除效率得到了提高。
5.結(jié)論
(1)找出了美華焦化廢水處理的合理生物酶及其用量配比:(a)厭氧池:1.8kg酶(按RDM101100%配比)；(b)缺氧池:7kg酶(按照RDM101、RDM104和RDM105的質(zhì)量比為2:1:1)；(c)好氧罐:酶21kg(按RDM104、RDM103、RDM106、RDM107、RDM109、RDM111的質(zhì)量比為10: 15: 12: 12: 45: 6計(jì))。
(2)當(dāng)進(jìn)水COD≤2500mg/L時(shí)，出水水質(zhì)可穩(wěn)定在COD≤150mg/L，COD去除率可由81.89%提高到94.06%，從而達(dá)到出水COD≤150mg/L的試驗(yàn)?zāi)康摹?來(lái)源:上海梅山工業(yè)與民用工程設(shè)計(jì)研究院有限公司、上海寶鋼化工有限公司梅山分公司)
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