1、概述
焦化生產(chǎn)過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生大量廢水，由于各焦化廠(chǎng)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(guò)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(guò)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(jiǎn)稱(chēng)梅化)主要進(jìn)行焦爐煤氣凈化及焦爐煤氣凈化副產(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爐剩余氨水、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(guò)程中產(chǎn)生的低濃度廢水。通過(guò)對梅化焦化廢水酚氰廢水系統(簡(jiǎn)稱(chēng)酚氰廢水系統)進(jìn)行跟蹤，酚氰廢水系統進(jìn)水COD在1500mg/L~2500mg/L，生化段二沉池排水COD在200mg/L~300mg/L(見(jiàn)表1)。梅化希望不對設備進(jìn)行改造，而將排水COD進(jìn)一步降低到150mg/L，為此聯(lián)合上海梅山工業(yè)民用工程設計研究院有限公司開(kāi)展了投加生物酶的試驗，以確定生物酶在焦化廢水生物處理過(guò)程中能否起到提高COD去除率的作用。
2、生物酶成分及適用情況
生物酶是一種由活細胞產(chǎn)生的具有催化功能的有機蛋白質(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，當把這種催化蛋白投加到污水生化系統后，可以與微生物結合，從而具有增強生化系統微生物的抗毒能力(尤其是抗鹽性等)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物。
在工業(yè)廢水處理中，生物酶體系運行包括生物酶體系建立和生物酶體系運行維護2個(gè)步驟。(1)生物酶體系的建立：在廢水系統加入活化后的酶及相應的輔助劑，通過(guò)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：在生物酶體系逐步形成以后，為了維護酶體系的平衡，需要不斷補充已經(jīng)損失的生物酶及其輔助劑，其原因是生物酶體系在運行過(guò)程中，會(huì )有少量酶隨水或污泥流失掉。
試驗涉及生物酶共計8種，代號分別為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(lèi)型如下：
RDM101：催化厭氧水解反應，促進(jìn)非溶解性COD轉變?yōu)槿芙庑訡OD，提高廢水后續的可生化性。該酶還可促進(jìn)缺氧池的反硝化反應。主要用于生化系統的厭氧池和缺氧池。
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、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廢水中溶解性油類(lèi)及碳氫化合物的分解。適合于石油化工廢水及其他含油類(lèi)廢水的處理。
RDM106：當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菌生長(cháng)，防止污泥膨脹。
RDM107：該酶可提高微生物對硫的抗性能力。用于化工廢水、焦化廢水處理。
RDM109：一種氧化性很強、廣譜性的酶，不但可催化好氧微生物對高分子的降解，還可促進(jìn)低分子難降解物質(zhì)的分解。適用于紙廠(chǎng)、焦化廠(chǎng)、制藥廠(chǎng)、印染廠(chǎng)廢水的處理。
RDM111：催化促進(jìn)好氧微生物對廢水中木素、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
3.1試驗工藝流程
生物酶處理焦化廢水中試試驗工藝流程示意圖見(jiàn)圖1。試驗裝置模擬梅化酚氰廢水系統生化段工藝流程，采用A2O2工藝，調整穩定后，分別在厭氧池、缺氧池、好氧池(圖1中(1)(2)(3)三個(gè)位置)加入對應的經(jīng)過(guò)活化的生物酶，監測加酶前后排水水質(zhì)變化情況，重點(diǎn)監測COD數據。
3.2試驗裝置
試驗裝置處理能力0.5t/h，2015年7月將試驗裝置運入現場(chǎng)，進(jìn)行現場(chǎng)的管線(xiàn)連接、相關(guān)設施搭建及生產(chǎn)大系統模擬調試，8月完成設備安裝工作，設備按照工藝流程圖線(xiàn)性布置于酚氰廢水系統旁邊，主體設備參數列于表2。
3.3生物酶的使用方法
為了運輸儲存的方便，將生物酶制備成固體顆粒，顆粒中心是一個(gè)無(wú)活性的核，核的周?chē)?zhù)酶分子，應用時(shí)需要將酶分子溶解活化。試驗中溶解全過(guò)程為：取一個(gè)1m3~1.5m3的塑料桶，倒入水，20℃~30℃的工業(yè)水占80%~90%，污水占10%~20%，然后加入設定量的生物酶(質(zhì)量濃度在1000mg/L~4500mg/L)。用特殊機械或微氣泡曝氣攪動(dòng)2h~3h后，加入食用油0.5kg~1kg。在水溫20℃~30℃下，溫和地攪動(dòng)24h~30h，生物酶溶解完成，然后將桶里溶解物逐步加到生化池內即可。
3.4試驗過(guò)程
整個(gè)試驗過(guò)程中，使用進(jìn)水與酚氰廢水系統進(jìn)水相同，取酚氰廢水系統調節池的出水，與酚氰廢水系統同步運行，試驗裝置處理量為0.5t/h。試驗從2015年7月開(kāi)始，共分4個(gè)試驗階段，分別為模擬酚氰廢水系統階段、投加酶運行階段、穩定運行階段、抗負荷試驗4個(gè)階段，12月結束。
3.4.1第一階段：模擬酚氰廢水系統階段
8月生物酶試驗裝置開(kāi)始進(jìn)水，投加污泥，開(kāi)始馴化。進(jìn)水與大系統來(lái)水一致，均為調節池來(lái)水。8月底試驗裝置硝化、反硝化功能基本正常，9月—10月開(kāi)始模擬大系統運轉，不投加生物酶，跟蹤監測試驗裝置進(jìn)、出水水質(zhì)與酚氰廢水系統進(jìn)、出水數據，結果見(jiàn)圖2。由圖2可知，兩者COD數據基本相同。
3.4.2第二階段：投加酶運行階段(酶種配比選擇)
經(jīng)過(guò)多次對酶的種類(lèi)及比例進(jìn)行調整，最終形成以下酶種配比關(guān)系：(1)厭氧池：酶1.8kg，按RDM101100%配比;(2)缺氧池：酶7kg，按RDM101、RDM104、RDM105質(zhì)量比為2∶1∶1配比;(3)好氧池：酶21kg，按RDM104、RDM103、RDM106、RDM107、RDM109、RDM111質(zhì)量比為10∶15∶12∶12∶45∶6配比。
經(jīng)過(guò)生物酶比例的調配，11月份開(kāi)始酶系統穩定運行，試驗裝置排水與酚氰廢水系統排水水質(zhì)對比見(jiàn)圖3。由圖3可知，生物酶試驗排水COD穩定在150mg/L~160mg/L，時(shí)為116mg/L，明顯低于原酚氰廢水系統排水數據。
3.4.3第三階段：穩定運行階段
12月生物酶體系建立完成，系統逐步運行穩定，在此期間，生物酶的投加量用來(lái)維持系統中生物酶的流失。穩定運行階段試驗裝置排水與酚氰廢水系統排水水質(zhì)比較見(jiàn)圖4。由圖4可知，這一階段試驗裝置出水COD穩定維持在100mg/L以下。
生物酶體系穩定運行階段，對系統活性污泥進(jìn)行鏡檢，發(fā)現系統微生物鐘蟲(chóng)、游泳型纖毛蟲(chóng)等原生及后生動(dòng)物輪蟲(chóng)數量增加，而在試驗前系統中只能見(jiàn)到鐘蟲(chóng)、游泳型纖毛蟲(chóng)、無(wú)輪蟲(chóng)。鐘蟲(chóng)作為活性污泥類(lèi)原生動(dòng)物的典型代表，其活性對活性污泥的運行狀態(tài)具有很好的反應。這些微生物的存在，說(shuō)明系統環(huán)境穩定，生物的活性增強。
3.4.4第四階段：抗負荷試驗階段
系統穩定后，為了進(jìn)一步考察生物酶系統的耐受性和穩定性，進(jìn)行了提高負荷的試驗，12月18日開(kāi)始將進(jìn)水COD提高到2000mg/L以上，試驗裝置進(jìn)水COD監測數據見(jiàn)圖5。
12月18日開(kāi)始提高負荷試驗，同時(shí)生物酶停止投加，以驗證生物酶的衰減速度。提高負荷時(shí)試驗裝置排水與酚氰廢水系統排水水質(zhì)比較見(jiàn)圖6。從圖6監測數據可以看出，試驗裝置排水COD有所增加，穩定在110mg/L到130mg/L之間。
4、試驗COD去除效果分析
整個(gè)試驗經(jīng)過(guò)污泥馴化、系統穩定、生物酶篩選投加及后續抗負荷4個(gè)階段，試驗過(guò)程中重點(diǎn)跟蹤COD數據，COD監測平均值及COD去除率列于表3，詳細監測數據見(jiàn)圖2到圖6。根據表3數據分析，COD在4個(gè)階段的去除率逐步上升，從圖6可知增大系統污染物負荷，對排水水質(zhì)有影響，出水COD略有上升，但仍然能控制在150mg/L以下，且系統抗沖擊能力及脫除效率都有提高。
5、結論
(1)試驗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1.8kg(按RDM101100%配比);(b)缺氧池：酶7kg(按RDM101、RDM104、RDM105質(zhì)量比為2∶1∶1配比);(c)好氧池：酶21kg(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≤2500mg/L的情況下，通過(guò)生物酶處理焦化廢水，可使排水水質(zhì)穩定在COD≤150mg/L，COD去除率由81.89%提高到94.06%，達到了出水COD≤150mg/L的試驗目的。
