焦化废水处理方法研究与进展

2.2.3 生物流化床技术

生物流化床技术是一种新型的生物膜法工艺,其载体在流化床内呈流化状态,使固(生物膜)、液(废水)、气(空气)三相间得到充分接触,颗粒之间剧烈碰撞,生物膜表面不断更新,微生物始终处于生长旺盛阶段,保持高浓度的生物量,传质效率极高,水力停留时间短,运转负荷比一般活性污泥法高10～20倍,耐冲击负荷能力强。因此近几年在处理难降解有机废水方面应用得越来越广泛。

Na Li等 〔21〕采用三相好氧生物流化床结合新型超微结构生物填料对焦化废水中COD和NH4+-N的降解进行了研究,在运行20 h,pH为7.5,DO为2～5 mg/L条件下,COD和NH4+-N的去除率可分别达到82%和87%。Feng Wang等〔22〕利用磁稳定流化床(MSFB)结合磁性介孔二氧化硅颗粒固定化漆酶处理焦化废水中的酚,苯酚的降解率可达到99%以上,是一种很有发展前景的方法。

2.2.4 生物强化处理技术

与传统生物处理工艺相比,生物强化技术使用了特效微生物菌群和维持菌群活性的生物催化剂,可大大缩短处理工艺流程和工程投资,无二次污染,可抑制污泥膨胀,提高废水处理系统运行的稳定性,因此在有机废水处理中越来越受到重视。Shengnan Shi等〔23〕采用生物强化技术处理焦化废水,运行120 d后,吡啶、喹啉、TOC的去除率分别为99%、85%、65%,COD和NO3--N的去除率均为95%以上。通过终端限制性片段长度多态性分析16SrDNA,生物反应器内的细菌群落的多样性呈现出增加的趋势。

2.2.5 序批式反应器

序批式反应器(SBR)是一个间歇注水的反应器系统,包括一个独立的完全混合式反应器,活性污泥工艺的所有步骤都在其中发生,典型流程包括进水、反应、沉淀、排水、闲置等5个过程,是一个集生物降解和脱氮除磷于一体的间歇运行的废水处理工艺。E. Mara?ón等〔24〕采用SBR处理焦化废水,反应在CSTR(连续搅拌釜式反应器)中进行,氨汽提效率为96%,水力停留时间115 h,出水硫氰酸盐、酚类的去除率分别为98%、99%。

2.2.6 曝气生物滤池

曝气生物滤池(BAF)工艺具有去除SS、COD、BOD、硝化、脱氮、除磷、去除AOX(有害物质)的作用。曝气生物滤池是集生物氧化和截留悬浮固体一体的新工艺,节省了后续沉淀池(二沉池),具有容积负荷、水力负荷大,水力停留时间短,所需基建投资少,出水水质好,运行能耗低,运行费用少的特点。Yaohui Bai等〔25〕采用沸石曝气生物滤池(Z-BAFS)处理焦化废水,沸石作为填充物,克隆文库分析表明,生物膜中的微生物生长得到强化,该方法处理难降解有机废水具有很好的发展前景。

2.3 焦化废水处理研究最新进展

2.3.1 多种载体应用于生物处理技术

Wufeng Jiang等〔26〕采用以高碳金属球为载体的固定床反应器(MPHC)处理焦化废水,并对废水中酚类、氰化物、COD、和氨氮的去除效果进行了研究,结果表明：MPHC对酚类、氰化物的降解有良好的降解作用,去除率分别为99.88%、99.81%;COD降解率为70.61%。通过FI-IR分析,经过MPHC处理后有机污染物并非被吸附,而是得到了降解。

Yue Cheng等〔27〕研究了采用磁性材料改性后的多孔陶粒作为载体应用于生物膜反应器对焦化废水进行处理,相比于传统的活性污泥法,经过磁性材料改性后的多孔陶粒作为载体应用于生物膜反应器处理焦化废水可以将COD和NH3-N的去除率分别提高25%～30%;相比于无磁性载体的生物膜反应器,经过磁性材料改性后的多孔陶粒作为载体应用于生物膜反应器处理焦化废水可以将COD和NH3-N的去除率分别提高15%～20%。在曝气量为1.5 mL/h、曝气时间为10 h/d,温度为25～30 ℃时,COD和NH3-N的去除率均可达到90%以上。

2.3.2 改性有机膨润土处理技术

膨润土是以蒙脱石为主的含水黏土矿。由于其具有特殊的性质,如膨润性、黏结性、吸附性、催化性、悬浮性等,因此在难降解废水中得到了广泛应用。

Haixia Guo等〔28〕采用改性有机-无机膨润土作为吸附剂深度处理焦化废水,结果表明在时间为30 min,pH为9,投加量为50 g/L条件下,硫酸铝和十六烷基三甲基溴化铵改性膨润土可以有效降低焦化废水中的氨氮和COD。

Zhenhua Wu等〔29〕采用有机膨润土对焦化废水进行预处理,结果表明有机膨润土对有机物的吸附能力与膨润土上的阳离子交换表面活性剂和溶质的辛醇-水(KOW)分配系数成正比关系。0.75 g/L的膨润土和180 mg/L(膨润土的阳离子交换容量60%)的十六烷基三甲基溴化铵,除了萘之外的16种多环芳烃(PAHs)的去除率均达到美国环保署关于焦化废水处理规定的90%以上,其中苯并(a)芘达到了99.5%以上。同时,COD、NH3-N、挥发酚、色度和浊度的去除率分别为28.6%、13.2%、8.9%、55%和84.3%,且BOD5/COD从0.31增加到0.41,有效提高了焦化废水的可生化性。

2.3.3 稀土废渣制备焦化废水混凝剂

Miaomiao Bao等〔30〕研究了利用稀土废渣和NaOH制备处理焦化废水的混凝剂,确定了混凝剂制备的最佳条件：稀土残渣为7 g,煮沸时间2 h,催熟3 h,反应温度为60 ℃,通过正交试验研究了混凝剂对焦化废水的处理效果,结果表明浊度去除率达到93%,色度去除率达到98.68%,COD去除效果很高。

3 组合工艺处理焦化废水研究

3.1 BF-BFB组合工艺

Wenpeng Wu等〔31〕采用BF-BFB(生物滤池-生物流化床)组合工艺结合一种特殊的载体处理焦化废水,预处理后的焦化废水中含有1 460 mg/L的COD,360 mg/L的NH4+-N。在生物膜形成阶段,生物膜形成时间是影响处理效果的关键因素;正式运行阶段,处理效果主要受水力停留时间、回流比、pH、曝气率的影响。BF-BFB处理系统实现了COD、NH4+-N分别为87.6%、97.5%的去除率,出水中NH4+-N达到国家一级排放标准。

Yingjun Hao等〔32〕研究了BF-BFB组合工艺对焦化废水的处理效果,结果表明生物膜需成熟和稳定25 d,COD和NH4+-N的去除率分别达到95%以上,通过扫描电镜和基因库技术分析,变形菌为最大的优势菌群,为菌总数的55%。

3.2 A1-A2-ZB-MBR组合工艺

Xiaobao Zhu等〔33〕采用A1-A2-ZB-MBR(厌氧/缺氧/沸石生物滤池/膜生物反应器)组合工艺来处理焦化废水,利用焦磷酸测序得到处理系统的微生物群落和动力学组成。A1-A2-ZB-MBR复合工艺处理焦化废水,出水中COD和总氮较为稳定。同时,在该系统中得到了66,256rRNA基因序列,并且对5个样品的微生物多样性和丰富性进行测定。5个样品中微生物种类不尽相同,但是变形菌类及黄杆菌类微生物普遍存在并且占所有微生物比例最大。焦磷酸测序分析表明微生物群落在ZB-MBR内转移。另外,在处理过程中,亚硝化菌和硝化菌逐渐成为氨氧化和亚硝酸盐氧化的优势细菌,增强了氨氮的稳定性。

3.3 IE-UASB-A/O2 组合工艺

潘碌亭等〔34〕采用IE-UASB-A/O2(内电解/上流式污泥床/厌氧/好氧/好氧) 组合工艺处理焦化废水,原水中COD和苯酚质量浓度分别为2 500、320 mg/L,采用内电解进行预处理后,其出水COD和苯酚质量浓度分别降至150、0.1 mg/L。根据气相色谱-质谱(GC-MS)分析,内电解法预处理可有效降解杂环化合物,UASB反应器可有效降解苯酚及喹诺酮。焦化废水经过IE-UASB-A/O2组合工艺处理后,废水中的有机污染物大幅减少。

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