生物酶用于焦化廢水處理的研究

付 偉，白永玲 ，潘學(xué)貴

（1.上海梅山工業(yè)民用工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南京 210039）（2.上海寶鋼化工有限公司梅山分公司，江蘇 南京 210039）

1 概 述

焦化生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量廢水，由于各焦化廠采用的生產(chǎn)工藝和化產(chǎn)品精制加工的深度不同，廢水性質(zhì)和數(shù)量及特性不盡相同，但廢水所含的主要特征污染物卻相近。在焦化生產(chǎn)過程中，會(huì)排放出大量含氰、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中的分離水、煤氣凈化過程中形成的廢水，或者是焦油加工和苯精制中產(chǎn)生的廢水。

上海寶鋼化工有限公司梅山分公司（簡稱梅化）主要進(jìn)行焦?fàn)t煤氣凈化及焦?fàn)t煤氣凈化副產(chǎn)物焦油、苯深加工及焦化廢水處理業(yè)務(wù)，目前焦化酚氰廢水裝置處理的廢水主要包括焦?fàn)t剩余氨水、煤氣凈化工藝廢水、焦油加工工藝廢水、瀝青加工工藝廢水、苯加工工藝廢水及生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的低濃度廢水。通過對(duì)梅化焦化廢水酚氰廢水系統(tǒng)（簡稱酚氰廢水系統(tǒng)）進(jìn)行跟蹤，酚氰廢水系統(tǒng)進(jìn)水COD在1500mg/L～2500 mg/L，生化段二沉池排水COD在200 mg/L～300 mg/L（見表1）。梅化希望不對(duì)設(shè)備進(jìn)行改造，而將排水COD進(jìn)一步降低到150 mg/L，為此聯(lián)合上海梅山工業(yè)民用工程設(shè)計(jì)研究院有限公司開展了投加生物酶的試驗(yàn)，以確定生物酶在焦化廢水生物處理過程中能否起到提高COD去除率的作用。

表1 梅化焦化酚氰廢水系統(tǒng)進(jìn)水、二沉池排水水質(zhì)情況

2 生物酶成分及適用情況

生物酶是一種由活細(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自然植物中提取的催化蛋白，當(dāng)把這種催化蛋白投加到污水生化系統(tǒng)后，可以與微生物結(jié)合，從而具有增強(qiáng)生化系統(tǒng)微生物的抗毒能力（尤其是抗鹽性、抗氰化物等）和抗沖擊能力的功效；此外也可以催化降解廢水中較難生化降解的有機(jī)物。

在工業(yè)廢水處理中，生物酶體系運(yùn)行包括生物酶體系建立和生物酶體系運(yùn)行維護(hù)2個(gè)步驟。（1）生物酶體系的建立：在廢水系統(tǒng)加入活化后的酶及相應(yīng)的輔助劑，通過酶的作用，盡快發(fā)揮生物菌群的活性，從而使整個(gè)生物降解分解的速度加快，并且逐步形成一個(gè)酶體系。（2）生物酶體系的維護(hù)：在生物酶體系逐步形成以后，為了維護(hù)酶體系的平衡，需要不斷補(bǔ)充已經(jīng)損失的生物酶及其輔助劑，其原因是生物酶體系在運(yùn)行過程中，會(huì)有少量酶隨水或污泥流失掉。

試驗(yàn)涉及生物酶共計(jì)8種，代號(hào)分別為RDM101、RDM103、RDM104、RDM105、RDM106、RDM107、RDM109、RDM111。每種酶的適用環(huán)境及適合處理的廢水類型如下：

RDM101：催化厭氧水解反應(yīng)，促進(jìn)非溶解性COD轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙庑訡OD，提高廢水后續(xù)的可生化性。該酶還可促進(jìn)缺氧池的反硝化反應(yīng)。主要用于生化系統(tǒng)的厭氧池和缺氧池。

RDM103：該酶可大幅度提高好氧微生物的抗鹽性，可用于含鹽分較高的污水、含氰化物廢水以及制藥、印染廢水的處理。

RDM104：催化促進(jìn)好氧微生物對(duì)廢水中酚、萘、吡啶、喹啉、蒽、苯甲酸、苯胺、苯并芘等雜環(huán)芳香物質(zhì)的降解。主要用于焦化、制藥、印染廢水處理。

RDM105：催化促進(jìn)好氧或兼氧微生物對(duì)廢水中溶解性油類及碳?xì)浠衔锏姆纸狻＿m合于石油化工廢水及其他含油類廢水的處理。

RDM106：當(dāng)廢水含有洗滌劑或表面活性劑時(shí)，在曝氣池有大量泡沫產(chǎn)生。在這種情況下，加入此酶可減少泡沫產(chǎn)生，同時(shí)又能平衡絲狀菌和膠團(tuán)菌生長，防止污泥膨脹。

RDM107：該酶可提高微生物對(duì)硫氰化物的抗性能力。用于化工廢水、焦化廢水處理。

RDM109：一種氧化性很強(qiáng)、廣譜性的酶，不但可催化好氧微生物對(duì)高分子的降解，還可促進(jìn)低分子難降解物質(zhì)的分解。適用于紙廠、焦化廠、制藥廠、印染廠廢水的處理。

RDM111：催化促進(jìn)好氧微生物對(duì)廢水中木素、纖維素、半纖維素、改性淀粉等的降解，可用于造紙廢水處理。

3 試 驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)工藝流程

圖1 生物酶處理焦化廢水中試試驗(yàn)工藝流程示意圖

生物酶處理焦化廢水中試試驗(yàn)工藝流程示意圖見圖1。試驗(yàn)裝置模擬梅化酚氰廢水系統(tǒng)生化段工藝流程，采用A2O2工藝，調(diào)整穩(wěn)定后，分別在厭氧池、缺氧池、好氧池（圖 1中（1）（2）（3）三個(gè)位置）加入對(duì)應(yīng)的經(jīng)過活化的生物酶，監(jiān)測(cè)加酶前后排水水質(zhì)變化情況，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)COD數(shù)據(jù)。

3.2 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置處理能力0.5 t/h，2015年7月將試驗(yàn)裝置運(yùn)入現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的管線連接、相關(guān)設(shè)施搭建及生產(chǎn)大系統(tǒng)模擬調(diào)試，8月完成設(shè)備安裝工作，設(shè)備按照工藝流程圖線性布置于酚氰廢水系統(tǒng)旁邊，主體設(shè)備參數(shù)列于表2。

表2 試驗(yàn)主體設(shè)備參數(shù)

3.3 生物酶的使用方法

為了運(yùn)輸儲(chǔ)存的方便，將生物酶制備成固體顆粒，顆粒中心是一個(gè)無活性的核，核的周圍包裹著酶分子，應(yīng)用時(shí)需要將酶分子溶解活化。試驗(yàn)中溶解全過程為：取一個(gè)1 m3～1.5 m3的塑料桶，倒入水，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)量濃度在1 000 mg/L～4 500 mg/L）。用特殊機(jī)械或微氣泡曝氣攪動(dòng)2 h～3 h后，加入食用油0.5 kg～1 kg。在水溫20℃～30℃下，溫和地?cái)噭?dòng)24 h～30 h，生物酶溶解完成，然后將桶里溶解物逐步加到生化池內(nèi)即可。

3.4 試驗(yàn)過程

整個(gè)試驗(yàn)過程中，使用進(jìn)水與酚氰廢水系統(tǒng)進(jìn)水相同，取酚氰廢水系統(tǒng)調(diào)節(jié)池的出水，與酚氰廢水系統(tǒng)同步運(yùn)行，試驗(yàn)裝置處理量為0.5 t/h。試驗(yàn)從2015年7月開始，共分4個(gè)試驗(yàn)階段，分別為模擬酚氰廢水系統(tǒng)階段、投加酶運(yùn)行階段、穩(wěn)定運(yùn)行階段、抗負(fù)荷試驗(yàn)4個(gè)階段，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(yàn)裝置開始進(jìn)水，投加污泥，開始馴化。進(jìn)水與大系統(tǒng)來水一致，均為調(diào)節(jié)池來水。8月底試驗(yàn)裝置硝化、反硝化功能基本正常，9月—10月開始模擬大系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)，不投加生物酶，跟蹤監(jiān)測(cè)試驗(yàn)裝置進(jìn)、出水水質(zhì)與酚氰廢水系統(tǒng)進(jìn)、出水?dāng)?shù)據(jù)，結(jié)果見圖2。由圖2可知，兩者COD數(shù)據(jù)基本相同。

3.4.2 第二階段：投加酶運(yùn)行階段（酶種配比選擇）

經(jīng)過多次對(duì)酶的種類及比例進(jìn)行調(diào)整，最終形成以下酶種配比關(guān)系：（1）厭氧池：酶1.8 kg，按RDM101 100%配比；（2） 缺氧池：酶 7 kg，按 RDM101、RDM104、RDM105 質(zhì)量比為 2∶1∶1 配比；（3）好氧池：酶 21 kg，按RDM104、RDM103、RDM106、RDM107、RDM109、RDM111 質(zhì) 量比為 10∶15∶12∶12∶45∶6 配比。

經(jīng)過生物酶比例的調(diào)配，11月份開始酶系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，試驗(yàn)裝置排水與酚氰廢水系統(tǒng)排水水質(zhì)對(duì)比見圖3。由圖3可知，生物酶試驗(yàn)排水COD穩(wěn)定在150 mg/L～160 mg/L，最低時(shí)為 116 mg/L，明顯低于原酚氰廢水系統(tǒng)排水?dāng)?shù)據(jù)。

圖2 試驗(yàn)裝置排水與酚氰廢水系統(tǒng)排水水質(zhì)比較

圖3 投加酶階段試驗(yàn)裝置排水與酚氰廢水系統(tǒng)排水水質(zhì)比較

3.4.3 第三階段：穩(wěn)定運(yùn)行階段

12月生物酶體系建立完成，系統(tǒng)逐步運(yùn)行穩(wěn)定，在此期間，生物酶的投加量用來維持系統(tǒng)中生物酶的流失。穩(wěn)定運(yùn)行階段試驗(yàn)裝置排水與酚氰廢水系統(tǒng)排水水質(zhì)比較見圖4。由圖4可知，這一階段試驗(yàn)裝置出水COD穩(wěn)定維持在100 mg/L以下。

生物酶體系穩(wěn)定運(yùn)行階段，對(duì)系統(tǒng)活性污泥進(jìn)行鏡檢，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)微生物鐘蟲、游泳型纖毛蟲等原生及后生動(dòng)物輪蟲數(shù)量增加，而在試驗(yàn)前系統(tǒng)中只能見到鐘蟲、游泳型纖毛蟲、無輪蟲。鐘蟲作為活性污泥類原生動(dòng)物的典型代表，其活性對(duì)活性污泥的運(yùn)行狀態(tài)具有很好的反應(yīng)。這些微生物的存在，說明系統(tǒng)環(huán)境穩(wěn)定，生物的活性增強(qiáng)。

3.4.4 第四階段：抗負(fù)荷試驗(yàn)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)行了提高負(fù)荷的試驗(yàn)，12月18日開始將進(jìn)水COD提高到2 000 mg/L以上，試驗(yàn)裝置進(jìn)水COD監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見圖5。

12月18日開始提高負(fù)荷試驗(yàn)，同時(shí)生物酶停止投加，以驗(yàn)證生物酶的衰減速度。提高負(fù)荷時(shí)試驗(yàn)裝置排水與酚氰廢水系統(tǒng)排水水質(zhì)比較見圖6。從圖6監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，試驗(yàn)裝置排水COD有所增加，穩(wěn)定在110 mg/L到130 mg/L之間。

4 試驗(yàn)COD去除效果分析

整個(gè)試驗(yàn)經(jīng)過污泥馴化、系統(tǒng)穩(wěn)定、生物酶篩選投加及后續(xù)抗負(fù)荷4個(gè)階段，試驗(yàn)過程中重點(diǎn)跟蹤C(jī)OD數(shù)據(jù)，COD監(jiān)測(cè)平均值及COD去除率列于表3，詳細(xì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見圖2到圖6。根據(jù)表3數(shù)據(jù)分析，COD在4個(gè)階段的去除率逐步上升，從圖6可知增大系統(tǒng)污染物負(fù)荷，對(duì)排水水質(zhì)有影響，出水COD略有上升，但仍然能控制在150 mg/L以下，且系統(tǒng)抗沖擊能力及脫除效率都有提高。

表3 試驗(yàn)過程COD監(jiān)測(cè)平均值

5 結(jié) 論

（1）試驗(yàn)摸索出了處理梅化焦化廢水合理的生物酶及投加比例：（a）厭氧池：酶1.8 kg（按RDM101 100%配比）；（b）缺氧池：酶 7 kg（按 RDM101、RDM104、RDM105質(zhì)量比為 2∶1∶1 配比）；（c）好氧池：酶 21 kg（按 RDM104、RDM103、RDM106、RDM107、RDM109、RDM111 質(zhì)量比為 10∶15∶12∶12∶45∶6 配比）。

（2）在進(jìn)水COD≤2 500 mg/L的情況下，通過生物酶處理焦化廢水，可使排水水質(zhì)穩(wěn)定在COD≤150 mg/L，COD去除率由81.89%提高到94.06%，達(dá)到了出水COD≤150 mg/L的試驗(yàn)?zāi)康摹?/p>