生物酶技術在焦化廢水處理中的應用
應用生物酶技術處理焦化廢水是目前焦化領域研究的熱點之一。特別是隨著鋼鐵產業近年來的迅猛發展，該項研究工作對國家節能減排產業政策具有十分重要的意義。目前，在焦化廢水處理中AAO工藝應用比較廣泛，但由于焦化廢水中除含有焦油外，還含有酚、苯并芘、蒽、萘、吡啶和喹啉等多環芳烴，它們降解難度大，使外排廢水中的CODCr難以達到國家一級排放標準（GB 8978-1996)。本課題采用英國WANDX公司的組合生物酶技術，于2008年3月在太鋼焦化廠的AAO廢水處理工藝中進行了工程化實驗研究，重點完成了新型生物酶體系的構建、維護等工作，探討了焦化廢水處理的效果和特點。
1 太鋼焦化廢水處理流程
太鋼焦化廠的廢水處理工藝采用2組并聯的AAO工藝，處理廢水約200m3/h，經調節后廢水中CODCr達到1500mg/L。該工藝是將蒸氨廢水經隔油、氣浮處理后送入厭氧池，出水與二沉池的回流水混合后進入缺氧池，經過缺氧池處理后的廢水再送入好氧池，最后通過二沉池進行泥水分離。該廢水處理工藝的特點是在反硝化過程中不采用混合液回流，而是采用二沉池出水回流。同時，由于厭氧池設計得比較小，致使廢水在該池的水力停留時間比較短，約為10 h。厭氧池只能起到水解作用，酸化過程不顯著。經檢測，二沉池出水的CODCr在200 mg/L 左右，生產中必須每天持續加入大量的化學絮凝劑才能使出水的CODCr小于150 mg/L ，勉強達到國家二級排放標準。實際上，絮凝劑的加入僅能去除廢水中懸浮的CODCr和膠體CODCr，對溶解性CODCr去除效果極為有限。因此，需在化學絮凝劑中再添加一定量的強氧化劑，才能氧化分解那些溶解在水中但不能被生化降解的有機物，同時也造成了二次污染。
2 組合生物酶技術的應用
組合生物酶技術是在傳統生化降解的基礎上增加了生物酶和輔酶數量，以發揮生化系統各種酶的抗毒能力、抗沖擊能力，特別是加強了難降解有機物的催化分解作用。在構建組合生物酶體系的過程中，達到改良系統微生物體系，培養和馴化出具有特殊降解功能的優勢菌群。因此，選擇生物酶及相應的輔酶來催化降解廢水中的難降解有機物，可以有效提高廢水中污染物的生化去除率。組合生物酶廢水處理工藝流程見圖1。
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圖1 組合生物酶廢水處理的工藝流程
2.1 生物酶體系的構建
構建合理的生物酶體系是廢水生化處理的重要基礎。2008年3～6月，太鋼焦化廠在原AAO工藝的基礎上，按運行參數分別在不同生化池里加入酶-590、酶-440、酶-SS-560、酶-550和酶-700等5種生物酶。不同種類的生物酶組合使用，可以發揮多種酶的協同作用和功能。這些酶可以催化微生物對廢水中酚、萘、吡啶、喹啉、蒽、苯胺、苯并芘等雜環芳烴的降解，促進厭氧菌和兼氧菌的繁殖生長，加速廢水中非溶解性CODCr轉變為溶解性CODCr，以提高微生物的抗鹽性等。該體系中的4種輔酶(Bio-CO-G、Bio-CO-GC、Bio-CO-F和Bio-CO-P)能減少生物酶在生化系統中的損耗，達到構建組合生物酶體系的目的。實驗中，在缺氧池和好氧池中分別加入配制好的主酶700kg，輔酶6000kg。使廢水中原來難以生化降解的芳環類物質分解為小分子，發揮了組合生物酶多功能降解的作用。在生產實踐中，經組合酶生化作用后，出水CODCr逐步下降至100mg/L以下。
2.2 組合生物酶體系的維護
組合生物酶體系的維護對維持穩定的降解作用具有十分重要的作用。在新構建的組合生物酶體系形成以后，由于生物酶體系內會有少量損耗，生物膜的脫落及排泥過程也會帶走部分酶成分。因此，對組合酶體系要補充流失的生物酶及輔酶，以確保組合酶體系能夠穩定、健康。實踐表明，為維護組合酶體系，每周需加入生物酶15kg和輔酶200kg。在生物酶體系的維護中，需要將主酶和部分輔酶一起溶解在容器中，水溫控制在20～30℃，時間為18～24h。在攪拌溶解后即可加入生化廢水處理系統中。
2.3 采用組合生物酶技術的效果
采用組合生物酶技術后，由于多種生物酶的催化和協同作用，使一些難以生化降解的多環芳香族化合物可以被組合微生物利用，最終外排水中COD。可達到100mg/L以下，滿足國家一級排放標準。為進一步降低廢水中的CODCr，還可以通過添加絮凝劑的方法來深度處理廢水中的懸浮性CODCr和膠體性CODCr，使處理后廢水中的CODCr達到85mg/L以下。同時，組合生物酶技術可以使生化體系中微生物的抗鹽度從1.5%～2％提高到5%～6%。
2.4 組合生物酶體系對泡沫的消減作用
太鋼焦化廠廢水中含有表面活性劑成分，在好氧池曝氣過程中會產生大量泡沫，特別是陰天更為嚴重。其中部分泡沫會從池中溢出引起池外設施的污染和腐蝕。在采用組合生物酶技術后，好氧池外溢的泡沫大幅減少，僅在池的表面存在一薄層。由于組合生物酶對表面活性劑的吸附作用較強，同時酶560對表面活性劑的生化降解具有較強的促進作用，這些都可以有效降低好氧池表面泡沫的聚集。采用組合生物酶技術前后對比見圖2和圖3。
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圖2 加組合酶前好氧池表面的泡沫狀況
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圖3加組合酶后好氧池表面的泡沫狀況
2.5 組合酶體系可減輕氨氮的沖擊作用
為了使出水氨氮能夠達到排放標準，依據生化池設計要求，蒸氨廢水中氨氮需要控制在50～200mg/L。若進水中氨氮含量高于400 mg/L ，出水中氨氮就會超過15 mg/L ，導致外排廢水達不到國家一級排放標準。應用組合生物酶技術后，在我廠實際生產過程中，因一次蒸氨工序的原因，進入廢水系統的氨氮超過了600mg/L，在進水時間超過8h后，出水氨氮經檢測并沒有超標。可見，組合生物酶處理技術可有效提高生化系統抗氨氮沖擊。
3 經濟效益
組合生物酶技術可以在原AAO工藝的基礎上進行技術改進而實現，不需再增加基建投資。但該方法需要有一段組合生物酶的培養時間，一般約需3～4個月才能逐步建立新的組合生物酶體系。與化學加藥方法相比，要達到同樣的出水排放指標，組合生物酶技術的運行費用僅為化學加藥方法的50%。以目前太鋼焦化廠廢水處理工序為例，采用后續加藥處理法，特別是添加化學氧化劑后，廢水處理成本約為3.5元/t，廢水處理按200m3 /h計算，每年需費用600萬元（不包括所產生的化學污泥處理費）。采用組合生物酶技術后，處理成本僅為1.5元／t，每年的運行費用為200萬元。同時，組合生物酶技術可以減少廢水生化處理后的CODCr排放量，減少泡沫飛濺，有利于環境的保護，可見，組合生物酶技術具有很高的經濟效益和社會效益。
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