炼焦废水生化处理技术研究进展
纪明中韩晓磊严莲荷王瑛周申范
(南京理工大学化工学院,江苏南京210094)
摘要综述了近几年来炼焦废水及炼焦废水中主要成分(酚类、氨类物质、氰化物)的生化处理方法。其中废水中酚类物质的
去除方法有投加有效菌、超滤法等;去除氨类物质的方法有A2/O法、纳滤法和反渗透法等;去除氰化物的方法有生物法和化学法
等。综合处理炼焦废水的方法有双层生物膜法、生物脱氮法和含铁活性污泥处理技术等。
关键词炼焦废水酚类物质氨类物质氰化物废水处理
焦化废水是成分极其复杂的难处理废水,含有十几种无机物和有机物,而有机物除含有酚类物质外,还含有单环及多环的芳香族化合物及含氮、硫、氧的杂环化合物。因此,这种废水如不进行合适的
处理,其对环境的破坏是巨大的。
1炼焦废水主要成分
炼焦废水COD主要由有机成分、无机成分和悬浮物组成。各部分的COD当量见表1[1]和表2[2]。
2炼焦废水中主要污染物的去除方法
由上述分析可知,炼焦废水中主要污染物是酚类物质和氨类化合物,因此要保证出水水质,酚类物质和氨类化合物必须得到有效的去除。此外,氰化物对生物有毒害作用,并且COD当量也高,所以尽管其在炼焦废水中含量并不高,但要保证出水不会对周围环境造成危害,氰化物也应该得到有效处理。
2.1高浓度含酚废水的处理
由于酚及其衍生物有毒性,又能在许多水环境中迅速迁移,造成地下水的污染[2],因此人们越来越重视污水排放标准中酚类物质的浓度。许多酚类化合物被定义为
有毒污染物[3]。即使饮用水中含有1μg/L的酚类污染物,也会使饮用水产生难闻的气味[4]。
对高浓度含酚废水(大于500mg/L)进行回收处理过去一直受关注,尤其是在有副产品的炼焦行业。但当今的研究已建议放弃这种回收而倾向于推行更为完整的处理系统。对于焦化厂来说,工业间的剧烈竞争已使得酚和其他物质的回收变得无利可图[5]。
活性污泥法是最为常见的处理含酚废水的方法,因为其操作简单而且处理成本较低,然而,由于酚类物质对微生物生长的抑制作用,即使活性污泥经过很好的驯化,
也只能处理浓度很低的含酚废水。
为了解决活性污泥法处理含酚废水的缺点,近来人们研究了许多新的方法。尽管酚对于很多生物化学反应是有毒性的,但是一些特定的微生物却可以将酚转化为无毒物质。Hesham等[6]研究了高浓度含酚废水对生物的抑制作用和微生物对低浓度含酚废水的去除效果,结果显示9d可以实现满意的处理效果。Rao等[7]研究了用无生物活性的Asper2gillusniger作为吸附剂,对酚质量浓度为1000μg/L的废水进行预处理后,再进行活性污泥法。Fountoulakis等[8]经研究得出结论,用Pleurotusos2
treatus对污水进行预处理,可以提高厌氧处理含酚废水的处理效率。Manimekalai等[9]研究报告了用白腐菌Phanerochaetechrysosporium处理含酚废水,可去除酚、氯酚及染料等。
2.2高浓度氨类化合物的去除
氨类化合物通过3种方法污染环境1)导致水体表面富营养化;(2)毒害水生生物;(3)通过硝化作用消耗水中的溶解氧。炼焦废水中除含有高浓度的氨类化合物外,还含有有毒的阴离子(如CN-等),这些阴离子的存在使得用生物法进行硝化和反硝化除氨受到限制[10]。
处理含氨废水的常用方法是生物硝化—反硝化法,而处理流程有厌氧-缺氧-好氧(A2/O)和缺氧-好氧(A/O)两种。
Li等[11]对比了用A2/O和A/O处理炼焦废水的出水含氮情况。通过A2/O和A/O处理的炼焦废水,当其水力停留时间(HRT)相同时,出水水质具有相同的COD和NH32N去除率,但是有机氮的去除率却大不相同。与A/O相比,A2/O的产酸阶段具有更高的总氮去除率。HRT对COD和NH32N的去除率没有很大的影响,但是却对有机氮的去除率和出水氮氧化物的浓度有很大的影响。因此,A2/O较A/O有更好的出水水质[12]。但是,A2/O处理效率受到多种参数的影响,其中包括污水的化学性质、HRT、固体停留时间、有机负荷率、pH和温度等。
根据生物法所具有的缺点,近年来人们研究了通过对传统方法的改善使其适于处理炼焦废水中的氨。根据A2/O中涉及到厌氧降解阶段,而厌氧降解通常非常缓慢,不易将其完全应用于炼焦废水处理中的缺点,Fang等[13]利用厌氧处理的第一个阶段———产酸阶段将难降解有机物转化为易被后续处理过程降解的中间产物,从而解决了这个问题。为了进一步提高A2/O处理的出水水质,Wang等[14]将喹啉作为目标污染物,通过加入喹啉降解菌(Burkholderiapickettii)作为生物强化剂,研究了生物强化剂对A2/O的影响。
Feng等[15]研究了用电化学方法处理炼焦废水。与处理含氨废水的常用方法生物硝化—反硝化法相比,电化学处理法具有处理效率高、所需建筑物少等特点。但是由于电极的使用寿命及其高的能量消耗等问题,大部分的有关电化学法处理废水的研究仅
局限于实验室水平上。
去除水溶液中的氨类物质还有许多方法,如Yilmaz等[16]研究了用SBR法处理垃圾渗滤液中的氨类物质ambrun等[17]研究了用SBR法处理高浓度含氨和含磷废水;Head等[18]研究了在低温下生物强化技术可以增大硝化效率;Carrera等[19]研究了在BNR法中COD与总氮的比值对出水水质的影响;Vasel等[20]研究了用MBR法去除污水中的氨类物质;Botrous等[21]研究了用生物流化床反应器处理高浓度含氨废水。
2.3炼焦废水中氰化物的去除
氰化物可以通过SO2/空气法、离子沉淀法、活性碳法或生物处理法加以回收利用,而生物处理法不仅操作简单、处理成本低,而且出水水质高,因此近年来人们更关注用生物法处理含氰废水,如Ad2ams等[22]研究发现微生物处理法可替代化学法处理含氰废水;而Akcil等[23]研究了用天然菌种处理含氰废水的生物技术应用问题。含氰废水可以在较大的pH范围内得到有效的降解,但是在pH为10.5时,其处理效果最好。
物理和化学方法也可以去除水溶液中的氰化物及其相关物质,但是这些方法处理成本高且操作复杂。在处理污水中的氰化物方面,生物法是种处理费用低、处理效果好的方法[24]。
3炼焦废水综合处理方法
炼焦废水成分复杂,含有许多难降解酚类化合物,如萘,喹啉和嘧啶等。目前,活性污泥法是处理炼焦废水最为常用的方法。在活性污泥法处理炼焦废水的过程中,出水COD在350～700g/L,达不到国家规定的排水标准。出水COD高的主要原因是由于炼焦废水中含有许多有毒并且难降解的物质[25～。
Ning等[28]研究用超声波照射、催化氧化和活性污泥法相结合的方法处理炼焦废水中的难降解有机物。研究了影响有机污染物去除效果的各种因素,如污染物初始浓度、超声波照射能量、催化剂类型及消耗等。实验结果显示,与单纯的用活性污泥法相比,超声波照射和活性污泥相结合的处理方法可以大大提高COD的去除效率。当污水分别经过超声波照射和活性污泥法处理后,其COD降解效率将提高48.29%～80.24%。另外,如果在超声波照射处
理过程中向污水中投加3.0mmol/L的硫酸亚铁溶液,则COD降解效率可以提高到95.74%,比单纯用活性污泥法提高了63.49%。
在每天COD体积负荷为0.7kg/cm3时,其去除率仅为50%,而BOD去除率却高达90%,这表明在处理过程中,一些难降解的物质仍然存在于处理后的出水中,而没有被生物降解。Lim等[29]研究比较了用双层生物膜法处理分别经海水和清洁水稀释后的焦化废水的处理效果和微生物数量问题。
除了上述各种方法外,处理炼焦废水还有其他方法,如Shao等[30]研究用SO2/脉冲电晕放电法处理炼焦废水;Il’in等[31]研究用电动浮选对炼焦废水进行深度处理。
4现状与展望
(1)传统活性污泥法对去除酚、氰、油及其他易于生物降解的污染物是有效的,但对难降解污染物及氰化物的去除率却很低(尤其是当氰化物质量浓度大于4mg/L时)。因此,研究重点应该是如何通过某种措施(如增加预处理、优化处理流程等)达到对难降解有机物和氰化物的高效去除。
(2)A2/O仍然是目前比较常用的处理炼焦废水的方法,但是这种方法对有机酚类的去除率偏低,出水水质难以达到国家要求,且处理周期长、处理效率不高,如果能够优化厌氧阶段的处理时间,并能提高酚类物质的去除率,则可普及这种方法的实际应用。
(3)生物法与其他方法相结合处理炼焦废水,可以发挥各种方法的协同作用,处理后的水质能够取得令人满意的效果,但其操作复杂、出水水质不稳定,而且大多数方法需要投加大量化学药剂(尤其是当处理水量特别大时),增加了处理成本。因此,研究重点应该是在如何实现对化学药剂的回收及提高工艺操作的自动化程度。
(4)生物膜反应器(如生物流化床技术、双层生物膜等)可提高微生物浓度、缩短HRT和提高容积负荷,这对炼焦废水所含的高浓度污染物而言,无疑是极有利的处理条件,但这种方法存在膜堵塞、脱落等问题。因此,研究重点应该是选择最佳的载体材料和粒径,以及确定合适的水流速度。
(5)含铁活性污泥法通过加入铁盐使吸附和絮凝作用更有效地进行,从而利于有机物汇集在菌胶团的周围,加速生物降解,但是这种方法同样存在传质等问题。因此,在高效的富集污染物的同时,如何提高微生物降解污染物的能力应该是以后研究的重点。
(6)膜滤法也是目前研究比较多的方法之一,膜分离过程具有节能、高效的优点,是发展较快的高新污水处理技术。但是由于其一次性投资大、膜清洗困难和膜污染严重等问题,使得生物膜在实际应用中受到限制。因此,如果能降低膜成本,减少膜污染问题,这种方法很有前途。
(7)生物强化法可以有效地提高去除难降解污染物的效率,但是如何保持优势菌种的活性仍有待于进一步研究,而且当这种方法处理焦化废水时,其效果受到水质、水量、营养物、投菌量、反应器构型和HRT等诸多因素的影响。针对处理炼焦废水,如何将上述几个问题有效地结合起来加以解决应该是以后研究的重点和难点。
(8)固定化技术可以有效地提高处理系统的微生物浓度及其对污染物毒性的抵抗性,这对于处理炼焦废水的高浓度有毒污染物而言,是极为有利的,但是固定化技术目前还很不成熟(如固定化材料的选取、传质性能的改善和固定化方法的选择及优化等),大部分工作仍然停留在实验室阶段,在大规模的实际生产应用中还存在许多问题。因此,要将固定化微生物法应用于炼焦废水的处理上,应该解决如何选择合适的固定化材料、方法及微生物等问题。 |
