试论生物技术在焦化废水处理中的应用

张长征

摘 要：焦化废水是一种高浓度有机废水，是煤高温裂解、煤干馏、煤气净化等工业生产过程的产物。焦化废水成分复杂，其中包含高浓度的氨氮、苯酚、2，3，4-甲基苯酚、多环芳香族等有机物，且整体盐度较高，降解困难。目前，大多数焦化废

中图分类号：X789 文献标识码：A

我国是一个富煤贫油的能源大国，煤炭相关加工工业是我国工业体系中十分重要的组成部分，而焦化废水是煤炭加工过程中的必然产物，应用更有效的生物技术能够有效提高焦化废水的处理效果和处理出水达标程度，缓解和解决我国的水污染现象。

1 焦化废水概述

焦化是有机物碳化过程的一环，煤加工过程中的高温干馏就是焦化的过程，石油加工过程中的高温裂解、缩合反应都属于焦化过程，在煤炭、石油的焦化过程中都会产生焦化废水。焦化厂的炼焦加工过程是煤炭化学工业中的重要部分，其中可分为高温炼焦、中温炼焦和低温炼焦。高温炼焦的产物是焦炭，焦炭可作为铸造、冶炼等化工工业的燃料，也可用于加工炉煤气、电石等产品。我国是焦化产品的生产、消费大国，每年有大量的焦化产品在化工、国防等产业中被应用和消耗。在焦化厂的炼焦加工过程中，焦炉的冷却、洗涤等过程都会产生大量的工业废水，这些工业废水中含有大量的氨氮、酚、氰等有机物，这些有机物就组成了焦化废水。

2 常见的用于焦化废水处理的生化技术

2.1 延时曝气技术

曝气技术是一种通过曝气为微生物提供合适的生殖繁衍环境，提高微生物对焦化废水中有机物的接触效果，增强焦化废水的处理效果，降低焦化废水处理出水排放后对自然水体的负面影响程度，这就是A/O等生物工艺中的曝气环节的作用。而延时曝气并不是普通的曝气，延长曝气时间延长了微生物与曝气池中焦化废水的接触时间，能够有效增强微生物对焦化废水的处理效果。不过，目前最佳的延时曝气时间还需进一步研究来确定，因为焦化废水中有机物的组成比例不同，故延时曝气时间需要细致调整[1]。

2.2 生物铁法

生物铁法是一种将微生物与混凝剂混合驯化后用于污水处理的技术。之所以称为生物铁法，是因为铁盐是一种易与微生物混合驯化的混凝剂，生成的生物铁-菌胶团具有优秀的物化性能，尺寸小、比表面积大和优秀的沉淀性能。因此，使用生物铁法驯化后的生物铁-菌胶团能够有效提升微生物对焦化废水的处理效果，提高出水水质。在生物铁-菌胶团中，混凝剂除了能够与微生物菌胶团结合实现对菌种的驯化外，其本身还具有很强的络合、沉降、吸附作用，可以有效增强单纯生物技术处理焦化废水的后续效果，提高有机物的去除率。

2.3 固定化微生物技术

固定化微生物技术是一种人为将自由微生物固定在载体上，使其密度增大，从而提高与污废水中有机物接触频率的技术。固定化微生物技术能够有效增强生物技术在焦化废水（有机物浓度高）中的应用效果，以提高处理后出水的达标效果。目前，固定化微生物技术中包含自身固定、结合固定、交联固定、包埋固定等数种技术，尚无统一的固定标准。固定化后的微生物活性不会降低，反而会有一定程度的上升，这也使微生物能够得以反复利用。

2.4 生物流化床技术

生物流化床是一种以颗粒材料为载体打造的床体，污废水自上而下从床体上流动，以流动的状态与附着在载体上的生物膜进行接触，实现对水体中有机物的利用和降解。在生物流化床技术中，活性污泥法和生物膜法的作用共同存在，在有效提高有機物降解效率的同时也提高了对焦化废水负荷变化的抵御效果，扩大了生物流化床技术的应用范围。目前，可用于生物流化床载体的通常为活性炭、砂等颗粒物材料，直径通常在1～2mm，不仅能够为微生物提供附着、生长、繁衍的载体，其本身还具有一定的过滤、吸附作用，在处理高浓度、难降解的有机废水时越来越受到重视。

3 新的生物技术在焦化废水处理中的应用

3.1 MBR膜生物反应器技术

膜生物反应器是膜过滤技术、微生物技术的交叉产物，相比于单一的膜过滤技术、微生物技术，膜生物反应器的有机物降解效果更加优秀，抗负荷变化冲击的能力更强，处理有机废水的速度更快。这是因为单一的微生物技术或者说活性污泥技术，需要依靠二沉池进行重力沉降、泥水分离，具体的分离效果对活性污泥的沉降性有很大的依赖，若活性污泥的沉降性不佳，很容易影响有机废水的出水质量。而单一的膜过滤技术不具备降解有机物的效果，最终还是要借助微生物技术来完成对有机物的降解。因此，膜生物反应器应用在有机废水处理中，能够有效代替曝气池、活性污泥池、二沉池等处理环节，提高焦化废水的处理效率，增强处理效果[2]。

3.2 氧化塘处理技术

氧化塘深度处理技术是一种操作简单、能耗低、效果较为优秀的生物技术。氧化塘模仿自然水体的自净过程，其中人为干预部分主要是菌种驯化、菌种投放、防渗层建设、围堤建设等方面。若有需要，还可以考虑在氧化塘中安装曝气设备，将其营造为好氧环境，为好氧微生物提供更好的繁殖、降解环境。氧化塘基本无需运行操作、污泥处理，只需较低程度地维护、维修，对成本的消耗也很低，但同时氧化塘的降解能力只能解决有机物含量较低的焦化废水，对高浓度的焦化废水作用有限。且由于氧化塘本身的污废水净化速度有限，因此，容易在水处理的同时散发出难闻的异味，且春夏季节还会滋生蚊蝇，影响周边环境。氧化塘并非对全国各地焦化废水的处理都适用，这种生物技术对运行环境有一定的要求，最佳运行温度在25～35℃，我国北方和中部部分地区冬春季节温度低，氧化塘中微生物活性低，难以维持对焦化废水中有机物的处理效率和效果。

3.3 SBR序批式活性污泥法

SBR序批式活性污泥法是一种在同一个反应空间中按顺序完成进水、曝气、沉淀、排水、待机等5个流程的生物技术，因为这5个流程顺序明确，时间充足，所以这个反应空间就容纳了均化、初沉、降解、二沉等4种功能，大幅缩减了废水处理流程，减少了污废水处理设备的占地面积，提高了处理效率。不过，同样因为SBR序批式活性污泥法的间歇操作，其只能用于那些本身就进行废水间歇排放的生产加工作业，或者用于排放量波峰、波谷差异巨大的作业之后。SBR序批式活性污泥法的基础建设成本低，操作相对简单，处理效果较高，本身具有天然的耐负荷变化冲击性，但对于连续排放污废水的生产加工作业不适用，如需使用需要提前预设储水池[3]。

3.4 A-O工艺组合技术

常见的A-O工艺组合技术包括A2-O、O-A-0、A-0-A-O、A-O等数种，目前国内常用的主要是A-O和A2-O工艺。纵观全部的A-O工艺组合技术，其核心原理就是利用营造连续的好氧、缺氧环境来发挥硝化细菌、反硝化细菌的有机物降解作用，实现对有机废水中有机物、COD、BOD5等值的控制效果。在A-O工艺组合技术中，A段是厌氧段或者缺氧段，主要负责脱氮除磷，O段是好氧段，主要负责降解水体中的有机物。A-O工艺组合技术具有污废水处理效率高、操作流程简单、投资成本低、耐负荷冲击能力高等方面的优势，但存在不具备独立污泥回流系统，脱氮率难以达到90%，受水力停留时间、污泥浓度、污泥龄等因素影响程度较大等劣势。

4 焦化废水生物处理技术的发展和展望

焦化废水是一种有机物浓度高、难降解的工业废水，普通的活性污泥法等生物技术应用效果有限，不能满足国家、国际对这类高污染工业废水的排放标准，出水排放到自然水体后仍会造成一定程度地污染，因此，发展新的生物技术势在必行。新型焦化废水生物处理技术相比与传统技术，优势在于，其普遍具有操作简便、运行成本低、处理效果出色、耐负荷变化冲击性能高等优势，这也使得新型生物技术拥有更广阔的应用空间。不过随着现代科技的不断进步，有很多十几年前排放不受限制的物质，在近几年的出水排放中开始受限，比如硝态氮。现有的生物处理技术在应用过程中大多是将氨氮经过好氧处理转化为硝态氮，但在硝态氮的排放也开始受限时，如何将硝态氮进一步转化成为安全性更高的物质进行排放，是水处理领域的重要课题。除此之外，生物处理技术始终因为微生物的活性环境需求而受到环境温度等因素的限制，使得很多生物处理技术不能在我国北方及中部偏北地区全年使用，因此，开发低温环境下仍能保持活性的微生物菌种，依然是生物处理领域的重要研究方向。

5 结语

本文分析了传统的常见的焦化废水生物处理技术，并分析了新型焦化废水生物处理技术相比于传统技术的优势，其普遍具有操作简单、运行成本低、处理效果出色、耐负荷变化冲击性能高等优势，这也使得新型生物技术拥有更广阔的应用空间。由此可知，焦化废水生物处理技术的未来发展也会继续朝着这些方向去发展，它们会具有更加出色的适用性，更高的处理效率。

参考文献

[1] 孙兰梅，李鹏，韩永博.炭载三相流化生物技术在焦化废水处理中的应用[J].现代化工，2016，36（12）：112-114.

[2] 牛成军，甘建红.焦化废水处理技术现状与研究进展[J].化工管理，2017（08）：215.

[3] 劉靓.N2菌和FF菌降解焦化废水中挥发酚及其协同作用研究[D].西安：西安建筑科技大学，2019.