生物强化技术处理焦化废水的工程应用

朱希坤，杨德玉，彭湃，李小明，李丽

生物强化技术处理焦化废水的工程应用

朱希坤，杨德玉，彭湃，李小明，李丽

（沈阳化工研究院有限公司，辽宁沈阳110021）

以某焦化厂好氧池进水为研究对象，向好氧生化池中投加自行研制的菌剂，考察菌剂强化系统相比对照生化系统对COD、氰化物、总氮的去除效果。结果表明，菌剂强化系统相比对照生化系统出水COD、氰化物、总氮的平均去除率分别提高了16.1%、12.3%、12.2%；菌剂强化系统中污泥的脱氢酶活性及比耗氧速率均高于对照生化系统，菌剂强化系统微生物种类为18种，相比对照生化系统中微生物的丰富度明显提升。

焦化废水；生物强化技术；菌剂；氰化物

焦化废水是含有高浓度的氨、氰化物、硫氰化物、氟化物等无机污染物以及大量酚类、联苯、吡啶、吲哚、喹啉和多环芳烃等有机污染物的难生物降解工业废水，具有污染物浓度高、色度高、毒性大、成分性质稳定的特点。目前国内外普遍采用A2/O工艺处理焦化废水〔1〕，但往往系统出水不能满足排放标准〔2〕。近年来，投菌法用于处理焦化废水的研究越来越多〔3〕，微生物菌剂在废水的强化生化处理中的开发及应用在快速发展〔4〕。生物强化技术是指通过向生化处理系统中投加经筛选和驯化得到的优势菌种，达到提高生化系统对难降解有机物去除的目的〔5〕。

以某焦化厂三期废水为处理对象，向好氧池中添加自行研制的环保菌剂〔6〕，考察环保菌剂对焦化废水中COD、氰化物、总氮的去除效果，并利用聚合酶链式反应和变性梯度凝胶电泳联合技术（PCRDGGE）分析添加环保菌剂对活性污泥菌群多样性的影响。

1　材料与方法

1.1工艺流程及废水水质

该焦化厂三期废水处理系统采用的是A2/O工艺，焦化废水处理工艺流程如图1所示。

图1　焦化废水处理工艺流程

工艺流程中好氧生化池处理规模为100m3/h，池容积为3 000m3。

添加菌剂之前好氧池进水水质如表1所示。

表1　三期废水水质

由表1可见，废水生化系统两个好氧池出水平行性较好，向其中一个好氧池中投加菌剂形成菌剂强化系统，另一个好氧池作为对照生化系统。

1.2菌种投加

实验所用菌剂配制方法同专利［6］相同，将成品菌剂于10月23日分批次投加入菌剂强化系统中，添加总量占池容积的0.5‰。

1.3分析方法

COD采用快速消解分光光度法（HJ/T 399—2007）测定；总氰化物采用异烟酸-吡唑啉酮分光光度法（HJ484—2009）测定；TOC采用总有机碳水质自动分析仪（HJ/T 104—2003）测定；NH3-N采用蒸馏-中和滴定法（HJ537—2009）测定；总氮采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法（HJ 636—2012）测定；污泥脱氢酶活性采用TTC显色分光光度法测定；污泥比耗氧速率（SOUR）测定参考《污染控制微生物学实验》〔7〕。

1.4污泥多样性分析

污泥多样性采用PCR-DGGE进行分析。

采用土壤基因组DNA快速提取试剂盒（Bioteke）分别提取对照生化系统及菌剂强化系统的活性污泥样品的总DNA。采用带GC夹的27F和519R引物对细菌16S rRNA基因进行PCR扩增，PCR扩增产物质量采用EB染色的1.2%琼脂糖凝胶检测。采用Bio-Rad D-Code系统对不同功能基因PCR产物进行水平DGGE电泳。

2　结果与分析

2.1COD去除效果比较

稳定运行的活性污泥系统中的微生物很难将难降解有机物去除，这些难降解有机物的存在会影响系统对其他有机污染物的去除效果，使得系统对COD的降解率很低〔8〕。通过加入经筛选的具有特定降解功能的微生物构建生物强化系统，可以针对性地去除难降解有机物，增强系统对有毒有害物质的去除效果，改善系统的耐负荷冲击能力。

对照生化系统及菌剂强化系统对好氧池进水COD的去除效果如图2所示。

由图2可见，投加菌剂对生化系统中COD的降解效果明显优于对照生化系统。进水平均COD为526mg/L，菌剂强化系统出水COD为144 mg/L，COD平均去除率为72.7%，对照生化系统出水COD为228mg/L，COD平均去除率为56.6%。

图2　COD的去除效果比较

2.2氰化物去除效果比较

对照生化系统及菌剂强化系统对好氧池进水总氰化物的去除效果如图3所示。

图3　氰化物的去除效果比较

由图3可见，随着COD去除效果的提高，菌剂强化系统对氰化物的降解活性也逐渐提高，降解效果明显高于对照生化系统。运行期间，进水总氰化物平均值为3.46mg/L，菌剂强化系统出水总氰化物平均值为0.60mg/L，氰化物平均去除率为82.5%，对照生化系统出水总氰化物的平均值为1.03mg/L，氰化物平均去除率为70.2%。随着运行天数的增加，尽管进水氰化物的数值有波动，但相比对照生化系统菌剂强化系统出水中氰化物趋于稳定，并且出水氰化物稳定在0.5mg/L以下，减少对后续深度处理的负荷冲击，使得后续生化处理出水稳定满足排放标准。

2.3总氮去除效果比较

对照生化系统及菌剂强化系统对好氧池进水总氮的去除效果如图4所示。

图4　总氮的去除效果比较

由图4可见，运行期间，进水总氮平均值为95.2 mg/L，菌剂强化系统出水总氮平均值为59.6mg/L，总氮平均去除率为37.4%，对照生化系统出水总氮的平均值为71.1mg/L，总氮平均去除率为25.2%。随着运行天数的增加，尽管进水总氮的数值有波动，但相比对照生化系统菌剂强化系统中总氮出水趋于稳定，并且出水总氮稳定在50mg/L以下，减少后续处理系统进水负荷。

2.4污泥脱氢酶活性及污泥比耗氧速率的比较

活性污泥处理废水的过程实质上是酶促反应过程，好氧代谢过程始于底物的脱氢氧化，脱氢酶活性的高低反映了有机污染物的生物降解情况。对照生化系统及菌剂强化系统好氧活性污泥的脱氢酶活性如图5所示。

图5　污泥脱氢酶活性的变化情况

由图5可见，运行期间，菌剂强化系统污泥脱氢酶活性的平均值为640.1μg/（g·h），对照生化系统污泥脱氢酶活性的平均值为403μg/（g·h）。

活性污泥比耗氧速率是指单位质量的活性污泥在单位时间内所利用氧的量，用于评价污泥微生物代谢活性。对照生化系统及菌剂强化系统好氧活性污泥的比耗氧速率如图6所示。

图6　不同系统污泥比耗氧速率

由图6可见，运行期间菌剂强化系统污泥比耗氧速率平均值为23.7mg/（g·h），对照生化系统活性污泥比耗氧速率平均值为18.3mg/（g·h）。菌剂强化系统相比对照生化系统的污泥脱氢酶活性提升了58.8%，比耗氧速率相比对照生化系统提升了29.5%，污泥脱氢酶活性及比耗氧速率的提升充分揭示了菌剂强化系统中污泥活性高于对照生化系统，充分解释了菌剂强化系统对COD、氰化物、总氮去除率高于对照生化系统的原因。

2.5污泥多样性分析

活性污泥的生物活性高低决定了生化系统对污水的处理能力，而活性污泥的生物活性取决于其中微生物菌群结构和功能〔9〕。两个系统微生物多样性的变化情况如表2所示。

表2　生化系统菌群多样性变化情况

由表2可见，加入菌剂可使活性污泥系统中微生物的丰富度增加，投加菌剂10 d后，活性污泥的丰富度由11种变成17种。长期稳定运行使生化系统中微生物种群结构稳定，功能微生物对污染物的利用相对稳定，而菌剂强化系统中通过添加菌剂改变了系统微生物群落结构，功能微生物的数量不断增加，使得系统对COD、氰化物及总氮的去除效果增加。

3　结论

通过向好氧生化系统中添加自行研制的菌剂形成菌剂强化系统，用于焦化废水生化强化处理，菌剂强化系统对COD、氰化物、总氮的去除明显优于对照生化系统，相比对照生化系统分别提升了16.1%、12.3%、12.2%；菌剂强化系统污泥脱氢酶活性及污泥比耗氧速率均高于对照生化系统，证明添加菌剂可提升活性污泥的活性；添加菌剂后生化系统中优势微生物的种类增多，添加菌剂可以改变原有生化系统中微生物菌群结构及功能微生物的数量。可见，在原有构筑物基础上投加菌剂对有机污染物的去除有增效作用，减少后续深度处理的费用，是一种环保且经济的具有前景的生物处理技术。

［1］刘尚超，薛改凤，张垒，等.焦化废水处理技术研究进展［J］.工业水处理，2012，32（1）：15-17.

［2］周家艳.焦化废水生化出水中芳香族污染物深度处理技术的研究进展［J］.化工环保，2013，33（6）：498-502.

［3］叶姜瑜，张亚峰，徐代平.复合菌剂对焦化废水的降解及其特性研究［J］.工业水处理，2009，29（11）：21-24.

［4］李明智，喻治平，陈德全，等.国内环保用微生物菌剂的研究应用情况调查［J］.工业水处理，2011，31（6）：18-20.

［5］徐军祥，杨翔华，姚秀清，等.生物强化技术处理难降解有机污染物的研究进展［J］.化工环保，2007，27（2）：129-134.

［6］朱希坤，李小明，王芳，等.一种生物增效菌剂及其应用：中国，CN103897997A［P］.2014-07-02.

［7］马放.污染控制微生物学实验［M］.哈尔滨工业大学出版社，2002：20-30.

［8］韩力平，王建龙，施汉昌，等.生物强化技术在难降解有机物处理中的应用［J］.环境科学，1999，20（6）：100-102.

［9］朱海霞，陈林海，张大伟，等.活性污泥微生物菌群研究方法进展［J］.生态学报，2007，27（1）：314-322.

App lication ofbio-augmentation technique to the treatmentof coking wastewater

Zhu Xikun，Yang Deyu，Peng Pai，LiXiaoming，LiLi
（Shenyang Research Institute ofChemical Industry Co.，Ltd.，Shenyang110021，China）

Taking the aerobic tank influent in a coking plantas research target，theeffectof bacteria agentaugmentation system compared with biochemical system on the removal of COD，cyanide，and total nitrogen has been investigated by addinghome-made bacteria agent to aerobic biochemical tank.The resultsshow that the average removing rates of effluent COD，cyanide，and total nitrogen are increased by 16.1%，12.3%，12.2%，respectively，contrasting the bacteria agentaugmentational system with biochemical system.The sludge dehydrogenase activity and specific oxygen uptake rate in bacteria agent augmentational system are higher than that in contrasted biochemical system. DGGE band results show that the varieties ofmicroorganisms in bacteria agent augmentation system are 18.The abundanceofmicroorganismscontrastedwith that in biochemicalsystem are improved obviously.

cokingwasterwater；bio-augmentational technique；bacteriaagent；cyanide

X703.1

A

1005-829X（2016）09-0028-04

朱希坤（1983—），硕士，高级工程师。E-mail：zhuxikun@ sinochem.com。

2016-06-07（修改稿）

国家高技术研究发展计划（2012AA062905）