BP微生物处理焦化废水工艺

2013-07-06万海洮徐建平

重庆理工大学学报(自然科学) 2013年4期

万海洮，徐建平，黄炜

(1.安徽工程大学生物与化学工程学院，安徽芜湖 241000;2.开朗(上海)生态科技有限公司，上海 200000)

焦化废水是由配合煤所含水分、炼焦生成的化合水、蒸馏氨水、粗苯和焦油所用直接水的冷凝水等组成［1］。其污染物组成复杂，含有挥发酚和许多难以生物降解的芳香族有机物、多环化合物、氧硫氮等杂环化合物［2］，是一种典型的难处理高浓度有机工业废水［3-4］。目前，国内各焦化企业大多采用生化法处理焦化废水，但大多数焦处理效果极不理想，无法达到国家规定的排放标准［5-6］。

本研究试图利用一种高效水处理BP微生物对焦化废水进行处理。通过探讨不同的前处理方案、该菌种投加量及反应时间等来探究最佳处理工艺，提出该工艺条件下最佳的处理参数，从而达到高效、经济地处理焦化废水的目的。

1 实验

1.1 菌种

BP-H菌种由开朗(上海)生态科技有限公司提供。

1.2 废水

所用废水取自芜湖新兴铸管有限责任公司的焦化废水。芜湖新兴铸管有限责任公司是由新兴铸管股份公司重组芜湖钢铁厂、芜湖焦化制气责任公司后于2003年4月成立的，其焦化废水主要产生自煤的高温干馏、铸管、炼铁、烧结等过程。焦化酚氰废水处理改造项目于2004年初动工，2004年7月初完工并投入运行。该工艺为目前国内最先进的A/A/O法焦化废水处理工艺，采取重力、气浮除油，厌氧、缺氧脱氮，好氧除酚氰等先进工艺，废水处理能力为35 m3/h。原水水质见表1。

由表1可以看出，原水的COD值较高，可生化处理性较差，总氮含量较高，但总磷含量较低，仅为 0.3 mg/L。

1.3 主要仪器及药品

主要设备:高速台式离心机;CH-2型便捷式BOD测定仪;pHSJ-3F型实验室pH计;YX280B手提式不锈钢压力蒸汽灭菌器;FA1004N电子天平;COD实验装置(重铬酸钾法);在线总氮、总磷分析仪(TNPC-4110C);2 L量筒(6个);小型曝气装置等。

主要药品:重铬酸钾标准溶液;试亚铁灵指示液;硫酸亚铁铵标准溶液;总氮标准液;总磷标准液等。

1.4 实验方案

将焦化废水用不同的方法进行前处理后，取实验所需的水量放入定容量筒中(通入曝气装置)，向量筒中投加不同量的激活的BP-H菌种，在不同的工艺条件下进行处理，在规定时间后取水样上清液，测定其pH值及污染物浓度。具体实验方案见表2。

表1 原水水质

表2 实验方案

2 实验结果及分析

2.1 直接用BP-H菌种处理焦化废水的原水

测得焦化废水的 pH=8.0，COD值为4 924 mg/L，BOD5的值为 652.9 mg/L，根据实验方案 1，直接向焦化废水中投加BP-H菌种，反应时间为12 h。实验结果见表3及图1。

从表3和图1可以看出，在不进行任何预处理的条件下，直接投加菌种对焦化废水的原水进行处理，COD的去除效果极不理想，在反应12 h后最大COD的去除率仅为15.5%。这是由于所取焦化废水为入水，没有经过生化处理，自身带有较大毒性，COD值极高，同时可以看出其本身的可生化处理性不好，致使BP-H菌种在处理带有较大毒性和较高COD时去除效果很不好。

通过分析认为，当菌种投加量大于100 mL后，对COD的去除效果基本无变化，考虑到经济原因，所以后续实验取消编号为5的实验方案。

表3 BP-H菌种直接处理焦化废水原水实验结果

图1 直接用BP-H菌处理焦化废水原水的效果

2.2 采用fenton法预处理后再投加BP-H菌

焦化原水经fenton法［7-8］(向500 mL的焦化废水中加入13 g的FeSO4·7H2O，然后加入H2O247.5 mL，反应20 min后，加碱调节pH 值为7.0～7.5)处理后，其 COD值有大幅度下降，由4 924 mg/L降为1 415 mg/L，总氮由425.3 mg/L降为208 mg/L，生化特性也有所好转。但刚刚加入菌种后COD值会有不同程度的提高。根据实验方案，按反应时间取样，结果如表4和图2所示。

表4 采用fenton法预处理后再投加BP-H菌处理焦化废水原水实验结果

图2 采用fenton法预处理后再投加BP-H菌处理焦化废水原水的效果

从表4和图2的实验结果可以看出:①虽然焦化废水经过了fenton法处理，但是BP-H菌种在处理带有较大毒性废水时的COD去除效果仍然不理想。② 废水经fenton法预处理后，再用BP-H菌种处理，比直接用BP-H菌种处理原水效果有较大提高。fenton法所产生的羟基自由基氧化能力相当强，可以处理多种有毒物质，如氯乙烯、多氯联苯、BTEX、氯苯等。之后再用菌种进行处理，效果有所提高。③处理效果并不与菌种投加量成正比，当菌种量多时，污水所含的营养盐不够其自身的需求，经测定，焦化废水中磷元素含量很少，低于0.3 mg/L，只能供少量的微生物使用，所以微生物太多反而效果不是太明显。适宜的菌种投加量为15～50 mL。

2.3 采用厌氧处理后再投加BP-H菌种

采取厌氧处理［9］，将焦化废水密封反应24 h。在无氧的情况下，废水中难降解的有机物在酶的催化作用下发生氧化分解，使芳香烃和杂环类化合物改变化学结构，开环分解为简单的有机酸和酮类等化合物，以达到改善焦化废水可生物降解性的目的。经过厌氧处理之后，总氮由425.3 mg/L降为391.1 mg/L，BOD 值由652.9 mg/L 降为490.3 mg/L，COD值由4 924 mg/L降为2 150 mg/L。实验结果见表5和图3。

从表5和图3的实验结果可以看出:①焦化废水经过厌氧处理后，其生化特性有了较大提高，在其他反应条件(温度、pH值、菌种投加量)不变的情况下，BP-H菌种处理COD时去除效果有了进一步的提高，最佳效果可达42.2%;② 对BOD5去除效果也有进一步增加，在反应12 h后，降解效率可达90%以上。③ 菌种投加量为50～100 mL时去除效果相对较好。从经济角度考虑，认为菌种投加量为50 mL较为合适。