張 沖

(山西焦煤西山煤電集團(tuán)馬蘭礦選煤廠，山西 太原 030053)

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生物強(qiáng)化技術(shù)處理煤制氣廢水中長鏈烷烴的研究

張 沖

(山西焦煤西山煤電集團(tuán)馬蘭礦選煤廠，山西 太原 030053)

在環(huán)保節(jié)能理念的深度推進(jìn)下，礦產(chǎn)企業(yè)也跟上了時代的步伐。工業(yè)生產(chǎn)中的廢水較多，但由于其生物的陌生性和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，導(dǎo)致這類廢水濃度高、毒性強(qiáng)且不易降解。在水資源日益缺乏的今天，對廢水處理后循環(huán)利用是環(huán)保理念中的重要內(nèi)容，而工業(yè)廢水在廢水中所占比例較大且處理難度較高，特別是煤礦產(chǎn)業(yè)中的廢水，所以對其進(jìn)行強(qiáng)化處理是很有必要的。通過對煤制氣廢水的成分進(jìn)行分析，探討生物強(qiáng)化技術(shù)中的長鏈烷烴在其廢水處理中的機(jī)理和效能。

生物強(qiáng)化技術(shù)；煤制氣廢水；長鏈烷烴；綠色環(huán)保

引 言

在現(xiàn)代工業(yè)及其附屬行業(yè)的快速發(fā)展過程中，工業(yè)廢水、城市廢水中的異生化合物的含量越來越高，并因其具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、濃度高、毒害性極強(qiáng)等特征而不易降解或處理，不能有效地形成有機(jī)循環(huán)用水體系。而生物強(qiáng)化技術(shù)的出現(xiàn)與廣泛應(yīng)用，對解決此類問題提供了有效的途徑，特別是其長鏈烷烴的有機(jī)處理，效能極佳。因此，對工業(yè)廢水特別是煤制氣廢水成分的有效分析是探索生物強(qiáng)化技術(shù)處理長鏈烷烴效能和機(jī)理的有效依據(jù)。

1 煤制氣廢水的成分和處理技術(shù)的現(xiàn)狀

煤制氣是煤化工行業(yè)的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)之一，是一項新興的清潔燃料產(chǎn)業(yè)，主要是以煤為原料，以加壓氣化為手段，通過脫硫提純而制得含有燃性成分的氣體。由于其發(fā)展速度迅猛，極大程度地彌補(bǔ)了潔凈燃料的不足，但是其在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水很難處理，也是工業(yè)廢水處理的一大新難題。

1.1 煤制氣廢水的成分

煤制氣廢水主要來源于煤氣發(fā)生爐中的煤氣冷凝、洗滌、凈化等過程，其成分非常復(fù)雜，主要含有芳香烴類、長鏈烯烴類、酚類、氨氮等有害物質(zhì)，是典型的難降解和處理的高毒性、高濃度工藝廢水。

1.2 煤制氣廢水的處理技術(shù)現(xiàn)狀

1.2.1 物化預(yù)處理

物化預(yù)處理就是利用非生物的處理方法(物理、化學(xué)等處理方法)進(jìn)行污水處理，主要采用調(diào)節(jié)、混凝、吸附、離子交換及蒸發(fā)濃縮等手段，這對于普通生活廢水的處理來說比較有效，但對異生化合物含量較高的煤制氣廢水的處理就達(dá)不到徹底處理的效果，有可能還會適得其反。

1.2.2 深度處理

深度處理是工業(yè)廢水或者城市廢水在經(jīng)過一級、二級處理后，為了讓廢水能夠達(dá)到回收用水的標(biāo)準(zhǔn)而進(jìn)一步處理的方式，其主要用于BOD有機(jī)污染物質(zhì)、磷高濃度營養(yǎng)物質(zhì)、SS及氮、鹽類等物質(zhì)含量的廢水處理，采用絮凝沉淀、活性炭、砂濾等方法進(jìn)行處理。此種方法雖然對于工業(yè)廢水的處理效果較好，但是費用高昂，成本和收益嚴(yán)重不成比例，對于新型的煤制氣廢水有一定抑制處理作用，但是遠(yuǎn)達(dá)不到預(yù)期的效果。

1.2.3 生物處理

相對于前2種方法，生物處理這一方式較為環(huán)保，成本較低且效果較好，其主要是通過微生物的生命活動來處理廢水中的膠體狀態(tài)或溶解狀態(tài)的有機(jī)污染物，主要采用生物絮凝、生物吸附、需氧生物處理(微生物細(xì)胞+COHNS+O2→較多的細(xì)胞+CO2+H2O+NH3)等手段[1]，從而達(dá)到凈化廢水的目的。

如，丙酸通過微生物氣化的過程見式(1)。

(1)

乙酸氣化的過程見式(2)。

(2)

乙醇?xì)饣倪^程見式(3)。

(3)

以哈依煤氣廢水的處理為例。哈依煤氣處理裝置主要采用德國生產(chǎn)的PKM加壓設(shè)備和工藝，把現(xiàn)有的煤制氣廢水進(jìn)行脫酚蒸氨的預(yù)處理，然后，通過多級生化組合工藝(如圖1)進(jìn)行處理，以便于出水的水質(zhì)能夠達(dá)到國家污水排放標(biāo)準(zhǔn)中的一級標(biāo)準(zhǔn)。但是，目前國內(nèi)的此種處理方式，存在出水水質(zhì)不穩(wěn)定且不能得到有效的保障，深度處理的效率較低，生物移動床出水中難以降解的有機(jī)物含量較高，混凝沉淀中的投藥量過大等問題，不能綠色環(huán)保地解決煤制氣的廢水問題。

圖1 哈依煤制氣廢水生化組合處理工藝流程

2 生物強(qiáng)化技術(shù)

2.1 生物強(qiáng)化技術(shù)的概念

生物強(qiáng)化技術(shù)是指在傳統(tǒng)的生物處理系統(tǒng)基礎(chǔ)上，引入具有特定功能的微生物(如，高效工程菌、機(jī)質(zhì)類似物、營養(yǎng)物質(zhì)等)而提高微生物濃度以增強(qiáng)對難降解有機(jī)物的降解能力[2]，進(jìn)而提高降解效率，改善原有生物處理系統(tǒng)的去除效能，提高廢水生物系統(tǒng)的處理能力。其中，生物強(qiáng)化的機(jī)理主要可以分為共代謝作用和礦化作用兩大類。

2.2 烷烴類生物強(qiáng)化技術(shù)的研究現(xiàn)狀

早在20世紀(jì)40年代初期，就有國外的研究人員提出了烴類生物降解的方法并以此展開了研究，而我國則晚了將近30年[3]。目前，生物強(qiáng)化技術(shù)應(yīng)用于廢水處理過程中起著降解作用的烷烴微生物主要有真菌和細(xì)菌。其中，真菌類的主要有假絲酵母菌、金色擔(dān)子菌、紅酵母菌等絲狀真菌；細(xì)菌主要有產(chǎn)堿桿菌、無色桿菌、不動桿菌等。

2.3 生物強(qiáng)化技術(shù)的機(jī)理

2.3.1 礦化作用

礦化作用是在多種或一種微生物作用下產(chǎn)生的，是一個把污染物徹底分解為CO2、H2O或者是簡單無機(jī)物的過程。在此過程中，需要考慮的不僅是降解菌如何能夠快速地適應(yīng)煤制氣廢水的環(huán)境，并且能夠高效地降解有機(jī)物的問題，或者是降解菌如何在種群之間更好地優(yōu)勝劣汰的問題，還要考慮水質(zhì)的問題及其成分分析，從而更好地尋找其可生化性和代謝的途徑。

2.3.2 共代謝作用

共代謝作用針對的是那些不能直接為微生物利用的難降解污染物的能源或碳源，當(dāng)有第一基質(zhì)(其他可利用的能源或碳源)出現(xiàn)時，共代謝基質(zhì)或第二基質(zhì)(難降解污染物)才能被優(yōu)化利用的整個代謝的過程。據(jù)報道，自然環(huán)境中大約有90%及其以上的污染物的降解是利用微生物的共代謝作用實現(xiàn)的，但是在煤制氣廢水中，此項作用仍處于探索階段。

3 長鏈烷烴的廢水處理

在哈依煤氣生化組合的處理工藝基礎(chǔ)上，取活性污泥(其接種量為3.0 gss/L～3.5 gss/L)投入反應(yīng)器中，經(jīng)過48 h的悶爆后，把活性污泥取出并放入廢水中，觀察長鏈烷烴與污水中的有毒有害物質(zhì)的去除效能。

長鏈烷烴是一種在水中溶解性較低的類疏水性有機(jī)物，具有能夠降低有機(jī)物降解速率和細(xì)菌生產(chǎn)速率的影響力，而環(huán)境因素的改變，能夠增加烴的含量和與烴接觸的面積。例如，攪拌速度的加快或溫度的升高，能夠提高長鏈烷烴的溶解效率和增加其接觸的面積，進(jìn)而提高降解速度。

同時，影響長鏈烷烴降解速度的還有煤制氣廢水的成分[4]。例如，多環(huán)芳烴的影響。采用三角瓶等實驗器皿，把體積分?jǐn)?shù)2%的種子液放入唯一碳源的100 mg/L的混合長鏈烷烴的無機(jī)鹽培養(yǎng)基里面，然后，在180 r/min、35 ℃的環(huán)境下培養(yǎng)15 d，分別觀察不同濃度蒽對長鏈烷烴降解能力的影響程度(如第113頁圖2)。

圖2 不同濃度蒽對長鏈烷烴降解能力的影響

4 結(jié)語

在煤制氣廢水的處理中，由于其是新興煤化工產(chǎn)業(yè)，在處理工藝和技術(shù)上還不是很成熟，除了常態(tài)的深度處理、微生物處理方式，對生物強(qiáng)化技術(shù)中的長鏈烷烴降解的研究起步較晚，工藝較為生疏，而煤制氣廢水中的成分和環(huán)境等因素極大地影響了長鏈烷烴降解能力和效率。因此，為了更好地促進(jìn)高濃度、高毒性、難降解的煤制氣廢水的處理進(jìn)程和技術(shù)工藝的發(fā)展，可以通過改善其降解處理過程中的環(huán)境條件或者針對其水質(zhì)成分的含量設(shè)定特定數(shù)值的微生物運動床等手段，來改善長鏈烷烴的降解效果和降解速率，從而更好地落實國家工業(yè)廢水排放一級標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而促進(jìn)環(huán)境友好型社會的進(jìn)步和發(fā)展。

[1] 王建芳.生物強(qiáng)化技術(shù)及其在廢水生物處理中的應(yīng)用[J].環(huán)境工程學(xué)報,2007(9):40-45.

[2] 呂華.生物強(qiáng)化技術(shù)在環(huán)境修復(fù)中的應(yīng)用進(jìn)展[J].北方環(huán)保,2011(23):48-49.

[3] 王家玲.環(huán)境微生物學(xué)[M].第2版.北京：高等教育出版社,2004:176.

[4] 謝康.煤制氣廢水處理中試驗研究[J].環(huán)境污染與防治,2010(32)：28-31.

《山西化工》

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Study on the treatment of long chain alkanes in coal gasification wastewater by biological enhancement technology

ZHANG Chong

(Malan Coal Preparation Plant, Shanxi Cooking Coal Xishan Coal and Electvicity Group, Taiyuan Shanxi 030053, China)

With deep promotion of the concept of energy saving and environmental protection, mining companies keep pace with the times. Among them, the industrial production of wastewater, due to its biological and structural complexity, wastewater of this kind has high concentration and toxicity and difficult degradation.In the increasing lack of water today, the wastewater treatment and cyclic utilization is an important content of the concept of environmental protection. The industrial wastewater accounts for a large proportion in the wastewater with greater processing difficulty, especially wastewater in coal industry. It is very necessary to strengthen treatment. In this paper, the composition of coal gasification wastewater is analyzed, and the mechanism and efficiency of long chain alkane of biological enhancement technology in wastewater treatment is explored.

biological enhancement technology; coal gasification wastewater; long chain alkane; green environmental protection

2016-05-11

張 沖，男，1985年出生，2011年畢業(yè)于晉中學(xué)院應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，本科，助理工程師，主要從事煤炭洗選工作。

環(huán)境保護(hù)

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2016.05.35

X703.1

A

1004-7050(2016)05-0111-03