生物活性炭技術(shù)深度處理焦化廢水的研究

李圓圓

(太原學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程系，山西 太原 030032)

引 言

化工工廠在進(jìn)行煉焦及煤氣凈化等工作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量焦化廢水，其中含有類型多樣的有機(jī)物，構(gòu)成成分非常復(fù)雜，而且其中的成分大多都是致畸致癌物質(zhì)，對(duì)于人體的危害非常大。因此，有關(guān)部門需要加強(qiáng)對(duì)焦化廢水處理工作的重視，并且采用有效的方式，對(duì)其進(jìn)行深度處理，借此減少其中的有害物質(zhì)，降低焦化廢水的危害性。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

這一研究實(shí)驗(yàn)主要材料為高效復(fù)合菌以及焦化廢水。高效復(fù)合菌是由多株高效降解菌按照1∶1的比例混合而成，其中的每一種菌株都能夠分別降解焦化廢水中的一種有機(jī)物，這些菌株來源于實(shí)驗(yàn)室的研究成果。焦化廢水則來源于相關(guān)焦化廠的生化處理車間。高效復(fù)合菌與活性炭組合在一起形成了生物活性炭，并能夠?qū)够瘡U水進(jìn)行處理，促使焦化廢水能夠達(dá)到再生水的標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方式

在對(duì)生物活性炭技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究時(shí)，會(huì)采用上進(jìn)下出的實(shí)驗(yàn)方法，讓焦化廢水與生物活性炭有一個(gè)全面的接觸，這樣則能夠促使兩者充分反應(yīng)，借此取得良好的實(shí)驗(yàn)效果，使其能夠在具體的焦化廢水處理工作中得到有效的應(yīng)用。在實(shí)驗(yàn)中，需要在高位槽中儲(chǔ)備相應(yīng)的焦化廢水，并且要借助流量計(jì)對(duì)其進(jìn)水流量予以合理調(diào)節(jié)，然后再利用空氣泵對(duì)其予以曝氣處理，接著使處理之后的廢水能夠流經(jīng)活性炭柱的上方位置，促使活性炭柱的吸附作用在廢水中發(fā)揮出來。實(shí)驗(yàn)研究人員若想使生物活性炭能夠保持高效率的狀態(tài)，則需要進(jìn)行定期的反復(fù)沖洗工作[1]。

另外，在開始進(jìn)行生物活性炭技術(shù)的研究實(shí)驗(yàn)時(shí)，相關(guān)研究人員通常使用物理循環(huán)的方法，進(jìn)行活性炭的掛膜實(shí)驗(yàn)，并且還會(huì)按照一定的科學(xué)比例，對(duì)組合起來的高效符合菌進(jìn)行稀釋，之后在將其與相關(guān)營(yíng)養(yǎng)液進(jìn)行混合，以此融入到高位槽之中。與此同時(shí)，研究人員需要采用上流式的方法，促使混合起來的溶液經(jīng)過活性炭柱的底部位置，從其上方出水口的位置流出來，而且實(shí)驗(yàn)研究人員需要每天對(duì)進(jìn)出、口的OD600進(jìn)行認(rèn)真檢測(cè)，借此對(duì)活性炭的掛膜情況予以合理判斷。相關(guān)研究人員若是發(fā)現(xiàn)掛膜成功，則可以將適量的焦化廢水加入到高位槽之中，并借助掛膜成功的活性炭對(duì)焦化廢水進(jìn)行處理，以此觀察處理現(xiàn)象。

在這一研究實(shí)驗(yàn)中，所使用的廢水水質(zhì)指標(biāo)通常為：COD為250 mg/L～ 300 mg/L，UV為2 542.52～3.14，pH為7～9。

而實(shí)驗(yàn)中所使用的活性炭指標(biāo)則為：比表面積為1 000 m2/g～1 200 m2/g，堆積密度為490 g/L～500 g/L,碘吸附值≤1 000 mg/g，顆粒直徑保持在2 mm。

1.3 實(shí)驗(yàn)分析方法

在研究實(shí)驗(yàn)過程中，可以采用重鉻酸鉀法對(duì)COD進(jìn)行檢測(cè)；在對(duì)實(shí)驗(yàn)中的UV254進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，相關(guān)研究人員可以使用UV-2000型紫外分光光度計(jì)；而實(shí)驗(yàn)研究人員在進(jìn)行色度的檢測(cè)工作時(shí)，需要稀釋倍數(shù)的方法；另外，研究人員在實(shí)驗(yàn)過程中還需要對(duì)活性炭上存在的生物量予以有效檢測(cè)，則需要使用磷脂法，確保檢測(cè)的準(zhǔn)確性[2]。此外，實(shí)驗(yàn)研究人員在對(duì)脫氫酶活性進(jìn)行測(cè)定時(shí)采用的方式為從活性炭柱的出水口位置取下小部分的濕炭，然后按照特定的順序?qū)⒕彌_溶液以及葡萄糖-TTC溶液放入其中，而且還要在避光的環(huán)境中對(duì)其予以有效培養(yǎng)，并將甲醛當(dāng)作相關(guān)反應(yīng)的終止劑，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)脫氫酶活性的有效測(cè)定。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 活性炭掛膜期間的OD600的變化情況

在進(jìn)行活性炭掛膜的過程中，需要將進(jìn)水量調(diào)節(jié)為2 mL/min的流速，其曝氣量則需調(diào)節(jié)為0.25 mL/min的流速。在活性炭的整個(gè)掛膜過程中，進(jìn)出水的OD600在其中處于一種上升的狀態(tài)，但是，在活性炭柱的掛膜初期，進(jìn)、出水之間的OD600差異量相對(duì)較大，究其原因，則是由于大量的細(xì)菌被生物活性炭吸附，使得出水口的細(xì)菌少于入水口，造成二者之間的差距增大。另外，隨著活性炭柱自身掛膜時(shí)間的不斷延長(zhǎng)，其所吸附的細(xì)菌也會(huì)變得比初期更多，這樣也會(huì)促使進(jìn)出水之間的OD600差異量逐漸降低，同時(shí)也說明生物活性炭已經(jīng)開始呈現(xiàn)出吸附度飽和的現(xiàn)象，在這種情況下，就可以初步判斷出活性炭掛膜成功。

2.2 掃描電鏡的分析結(jié)果

通過對(duì)掃描電鏡結(jié)果進(jìn)行分析，可以得出，活性炭柱在實(shí)驗(yàn)初期以及后期的掛膜過程中，其自身的表面都附著不同量的細(xì)菌。就活性炭柱的掛膜初期來說，其表面所附著的細(xì)菌數(shù)量是比較少的；不過，在活性炭柱的掛膜后期，其表面附著的細(xì)菌會(huì)變得非常多。而且隨著活性炭柱自身掛膜時(shí)間的變長(zhǎng)，那么附著在其表面的微生物就會(huì)逐漸形成相應(yīng)的生物膜，最終成為生物活性炭，這樣則能夠促使細(xì)菌在活性炭表面的生長(zhǎng)狀態(tài)更加穩(wěn)定，同時(shí)也能夠?qū)崿F(xiàn)生物活性炭對(duì)焦化廢水中有機(jī)物的有效降解。

2.3 出水水質(zhì)的分析

其一，COD的變化情況。實(shí)驗(yàn)研究人員若是發(fā)現(xiàn)活性炭已經(jīng)掛膜成功，就需要將相關(guān)進(jìn)水量調(diào)節(jié)為3.0 mL/min，將曝氣量調(diào)節(jié)為0.25 L/min。同時(shí)還要保持每天取樣的頻率，以此對(duì)出水水質(zhì)進(jìn)行科學(xué)分析。在實(shí)驗(yàn)開展的初期階段，會(huì)出現(xiàn)COD脫除率較高的情況，而出現(xiàn)這種現(xiàn)象的主要原因，則是由于實(shí)驗(yàn)前期的焦化廢水處理，基本是借助活性炭自身的吸附作用，而且在這一研究實(shí)驗(yàn)運(yùn)行幾天之后，活性炭柱會(huì)吸附更多的雜質(zhì)，在這種情況下，出水COD就會(huì)逐漸提升，而孔容量則會(huì)逐漸減少，COD的脫出率就會(huì)逐漸降低。在這一期間，微生物自身還處于適應(yīng)階段，其自身的降解作用還沒有充分發(fā)揮出來。當(dāng)整個(gè)研究實(shí)驗(yàn)運(yùn)行7 d后，出水COD的變化狀態(tài)就會(huì)穩(wěn)定下來，這時(shí)的COD脫除則主要是微生物的降解，其能將其降低到60 mg/L以下，COD的脫出率也會(huì)達(dá)到75%以上。

其二，UV254與COD的變化趨勢(shì)大體呈現(xiàn)出一致的現(xiàn)象，而當(dāng)研究實(shí)驗(yàn)的運(yùn)行呈現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)后，出水UV254就會(huì)降低到大約0.3，而且其自身的平均脫出率也基本超出75%，這樣則表明，相關(guān)吸光值處在254 nm范圍的物質(zhì)通常都會(huì)受到有效的降解，進(jìn)而對(duì)焦化廢水中含有的有機(jī)物進(jìn)行有效處理。此外，在實(shí)驗(yàn)的前7 d，色度的脫除率會(huì)呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，在7 d之后，色度脫除率則會(huì)出現(xiàn)“先上升，后穩(wěn)定”的狀態(tài)，同時(shí)，其出水色度也會(huì)處于30度的范圍之內(nèi)，而脫除率則能夠達(dá)到90%以上。由此可見，色度的變化趨勢(shì)與COD基本一致，也是在實(shí)驗(yàn)運(yùn)行初期由活性炭吸附去除，在7 d之后，生物膜在活性碳的表面上形成，大量的繁殖的微生物則會(huì)將自身的降解作用充分發(fā)揮出來，而色度的脫除率也會(huì)逐漸上升。

3 結(jié)語(yǔ)

通過上述分析，生物活性炭技術(shù)在焦化廢水深度處理中的有效應(yīng)用，能夠在一定程度上減少焦化廢水中含有的有毒有害物質(zhì)，降低其自身的危害性以及污染度，這對(duì)于工業(yè)的發(fā)展也有一定的推動(dòng)作用。因此，相關(guān)部門要對(duì)生物活性炭技術(shù)予以重視，并且結(jié)合實(shí)際情況，將這一技術(shù)有效應(yīng)用到廢水的深度處理工作中，充分發(fā)揮出其自身的效用，避免焦化廢水對(duì)環(huán)境及人體健康造成危害。