1.概觀

焦化過程中會產(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)過程中，會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、煤氣凈化過程中形成的廢水或焦油加工和苯精制過程中產(chǎn)生的廢水。

上海寶鋼化工有限公司梅山分公司(簡稱梅華)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。通過跟蹤酚氰廢水系統(tǒng)(簡稱酚氰廢水系統(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)計研究院有限公司，進(jìn)行了添加生物酶的試驗，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，生物酶體系的運行包括兩個步驟:生物酶體系的建立和生物酶體系的運行維護(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，通過酶的作用，盡快發(fā)揮生物菌群的活性，從而加快整個生物降解和分解，逐漸形成一個酶系統(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，因為在生物酶體系運行過程中，會有少量的酶隨水或污泥流失。

實驗涉及8種生物酶，其代號分別為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，曝氣池中會產(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，防止污泥膨脹。

RDM107:這種酶可以提高微生物對硫氰酸鹽的抵抗力。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

3.1測試流程

生物酶處理焦化廢水中試工藝流程示意圖見圖1。試驗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)過調(diào)整穩(wěn)定后，分別在厭氧池、缺氧池、好氧池(圖1中三個位置(1)、(2)、(3))投加相應(yīng)的活化生物酶，監(jiān)測投酶前后的出水水質(zhì)變化，重點監(jiān)測COD數(shù)據(jù)。

3.2測試設(shè)備

試驗裝置處理能力為0.5t/h，2015年7月，試驗裝置運抵現(xiàn)場，進(jìn)行現(xiàn)場管道連接、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)見表2。

3.3生物酶的使用方法

為了便于運輸和儲存，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。實驗中溶解的全過程是: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，然后加入0.5kg~1kg食用油。在20℃~30℃的溫度下，輕輕攪拌24小時~30小時，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測試過程

整個試驗過程中，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)同步運行，試驗裝置處理能力為0.5t/h，從2015年7月開始，試驗分為四個階段，即模擬酚氰廢水系統(tǒng)階段、加酶階段、穩(wěn)定運行階段和抗負(fù)荷試驗階段，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，生物酶試驗裝置開始進(jìn)水，添加污泥，開始馴化。進(jìn)水和大系統(tǒng)一樣，都是調(diào)節(jié)池的水。8月底，試驗裝置的硝化反硝化功能基本正常。9-10月模擬大系統(tǒng)運行，在不添加生物酶的情況下，跟蹤監(jiān)測試驗裝置進(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)開始穩(wěn)定運行。試驗裝置排水與酚氰廢水系統(tǒng)的水質(zhì)對比見圖3。從圖3可以看出，生物酶試驗出水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)定運行階段

12月，生物酶體系建立完成，系統(tǒng)逐漸穩(wěn)定運行。在此期間，使用生物酶的劑量來維持系統(tǒng)中生物酶的損失。穩(wěn)定運行階段試驗裝置排水與酚氰廢水系統(tǒng)排水的水質(zhì)對比見圖4。從圖4可以看出，該階段試驗裝置出水的COD穩(wěn)定保持在100mg/L以下

在生物酶體系穩(wěn)定運行階段，對體系中活性污泥的鏡檢發(fā)現(xiàn)，體系中鐘蟲、游動纖毛蟲等原生動物和后生動物的輪蟲數(shù)量增加，而實驗前體系中只發(fā)現(xiàn)鐘蟲、游動纖毛蟲，沒有發(fā)現(xiàn)輪蟲。作為活性污泥原生動物的典型代表，鐘形蟲的活性對活性污泥的運行狀態(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。12月18日進(jìn)水COD增加到2000 mg/L以上，試驗裝置進(jìn)水COD監(jiān)測數(shù)據(jù)見圖5。

12月18日開始負(fù)荷試驗，停止添加生物酶，驗證生物酶的衰減率。負(fù)荷增加時，試驗裝置排水與酚氰廢水系統(tǒng)排水的水質(zhì)對比見圖6。從圖6的監(jiān)測數(shù)據(jù)可以看出，試驗裝置的出水COD有所上升，并穩(wěn)定在110mg/L-130mg/L之間

4.實驗COD去除效果分析

整個實驗經(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)荷四個階段。在實驗過程中，重點跟蹤了COD數(shù)據(jù)。COD平均監(jiān)測值和COD去除率見表3，詳細(xì)監(jiān)測數(shù)據(jù)見圖2-6。根據(jù)表3的數(shù)據(jù)分析，COD的去除率分四個階段逐漸增加。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)。

(2)當(dāng)進(jìn)水COD≤2500mg/L時，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?zāi)康摹?來源:上海梅山工業(yè)與民用工程設(shè)計研究院有限公司、上海寶鋼化工有限公司梅山分公司)

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