张 冲

(山西焦煤西山煤电集团马兰矿选煤厂，山西 太原 030053)



生物强化技术处理煤制气废水中长链烷烃的研究

张 冲

(山西焦煤西山煤电集团马兰矿选煤厂，山西 太原 030053)

在环保节能理念的深度推进下，矿产企业也跟上了时代的步伐。工业生产中的废水较多，但由于其生物的陌生性和结构的复杂性，导致这类废水浓度高、毒性强且不易降解。在水资源日益缺乏的今天，对废水处理后循环利用是环保理念中的重要内容，而工业废水在废水中所占比例较大且处理难度较高，特别是煤矿产业中的废水，所以对其进行强化处理是很有必要的。通过对煤制气废水的成分进行分析，探讨生物强化技术中的长链烷烃在其废水处理中的机理和效能。

生物强化技术；煤制气废水；长链烷烃；绿色环保

引 言

在现代工业及其附属行业的快速发展过程中，工业废水、城市废水中的异生化合物的含量越来越高，并因其具有结构复杂、浓度高、毒害性极强等特征而不易降解或处理，不能有效地形成有机循环用水体系。而生物强化技术的出现与广泛应用，对解决此类问题提供了有效的途径，特别是其长链烷烃的有机处理，效能极佳。因此，对工业废水特别是煤制气废水成分的有效分析是探索生物强化技术处理长链烷烃效能和机理的有效依据。

1 煤制气废水的成分和处理技术的现状

煤制气是煤化工行业的主导产业之一，是一项新兴的清洁燃料产业，主要是以煤为原料，以加压气化为手段，通过脱硫提纯而制得含有燃性成分的气体。由于其发展速度迅猛，极大程度地弥补了洁净燃料的不足，但是其在生产过程中产生的废水很难处理，也是工业废水处理的一大新难题。

1.1 煤制气废水的成分

煤制气废水主要来源于煤气发生炉中的煤气冷凝、洗涤、净化等过程，其成分非常复杂，主要含有芳香烃类、长链烯烃类、酚类、氨氮等有害物质，是典型的难降解和处理的高毒性、高浓度工艺废水。

1.2 煤制气废水的处理技术现状

1.2.1 物化预处理

物化预处理就是利用非生物的处理方法(物理、化学等处理方法)进行污水处理，主要采用调节、混凝、吸附、离子交换及蒸发浓缩等手段，这对于普通生活废水的处理来说比较有效，但对异生化合物含量较高的煤制气废水的处理就达不到彻底处理的效果，有可能还会适得其反。

1.2.2 深度处理

深度处理是工业废水或者城市废水在经过一级、二级处理后，为了让废水能够达到回收用水的标准而进一步处理的方式，其主要用于BOD有机污染物质、磷高浓度营养物质、SS及氮、盐类等物质含量的废水处理，采用絮凝沉淀、活性炭、砂滤等方法进行处理。此种方法虽然对于工业废水的处理效果较好，但是费用高昂，成本和收益严重不成比例，对于新型的煤制气废水有一定抑制处理作用，但是远达不到预期的效果。

1.2.3 生物处理

相对于前2种方法，生物处理这一方式较为环保，成本较低且效果较好，其主要是通过微生物的生命活动来处理废水中的胶体状态或溶解状态的有机污染物，主要采用生物絮凝、生物吸附、需氧生物处理(微生物细胞+COHNS+O2→较多的细胞+CO2+H2O+NH3)等手段[1]，从而达到净化废水的目的。

如，丙酸通过微生物气化的过程见式(1)。

(1)

乙酸气化的过程见式(2)。

(2)

乙醇气化的过程见式(3)。

(3)

以哈依煤气废水的处理为例。哈依煤气处理装置主要采用德国生产的PKM加压设备和工艺，把现有的煤制气废水进行脱酚蒸氨的预处理，然后，通过多级生化组合工艺(如图1)进行处理，以便于出水的水质能够达到国家污水排放标准中的一级标准。但是，目前国内的此种处理方式，存在出水水质不稳定且不能得到有效的保障，深度处理的效率较低，生物移动床出水中难以降解的有机物含量较高，混凝沉淀中的投药量过大等问题，不能绿色环保地解决煤制气的废水问题。

图1 哈依煤制气废水生化组合处理工艺流程

2 生物强化技术

2.1 生物强化技术的概念

生物强化技术是指在传统的生物处理系统基础上，引入具有特定功能的微生物(如，高效工程菌、机质类似物、营养物质等)而提高微生物浓度以增强对难降解有机物的降解能力[2]，进而提高降解效率，改善原有生物处理系统的去除效能，提高废水生物系统的处理能力。其中，生物强化的机理主要可以分为共代谢作用和矿化作用两大类。

2.2 烷烃类生物强化技术的研究现状

早在20世纪40年代初期，就有国外的研究人员提出了烃类生物降解的方法并以此展开了研究，而我国则晚了将近30年[3]。目前，生物强化技术应用于废水处理过程中起着降解作用的烷烃微生物主要有真菌和细菌。其中，真菌类的主要有假丝酵母菌、金色担子菌、红酵母菌等丝状真菌；细菌主要有产碱杆菌、无色杆菌、不动杆菌等。

2.3 生物强化技术的机理

2.3.1 矿化作用

矿化作用是在多种或一种微生物作用下产生的，是一个把污染物彻底分解为CO2、H2O或者是简单无机物的过程。在此过程中，需要考虑的不仅是降解菌如何能够快速地适应煤制气废水的环境，并且能够高效地降解有机物的问题，或者是降解菌如何在种群之间更好地优胜劣汰的问题，还要考虑水质的问题及其成分分析，从而更好地寻找其可生化性和代谢的途径。

2.3.2 共代谢作用

共代谢作用针对的是那些不能直接为微生物利用的难降解污染物的能源或碳源，当有第一基质(其他可利用的能源或碳源)出现时，共代谢基质或第二基质(难降解污染物)才能被优化利用的整个代谢的过程。据报道，自然环境中大约有90%及其以上的污染物的降解是利用微生物的共代谢作用实现的，但是在煤制气废水中，此项作用仍处于探索阶段。

3 长链烷烃的废水处理

在哈依煤气生化组合的处理工艺基础上，取活性污泥(其接种量为3.0 gss/L～3.5 gss/L)投入反应器中，经过48 h的闷爆后，把活性污泥取出并放入废水中，观察长链烷烃与污水中的有毒有害物质的去除效能。

长链烷烃是一种在水中溶解性较低的类疏水性有机物，具有能够降低有机物降解速率和细菌生产速率的影响力，而环境因素的改变，能够增加烃的含量和与烃接触的面积。例如，搅拌速度的加快或温度的升高，能够提高长链烷烃的溶解效率和增加其接触的面积，进而提高降解速度。

同时，影响长链烷烃降解速度的还有煤制气废水的成分[4]。例如，多环芳烃的影响。采用三角瓶等实验器皿，把体积分数2%的种子液放入唯一碳源的100 mg/L的混合长链烷烃的无机盐培养基里面，然后，在180 r/min、35 ℃的环境下培养15 d，分别观察不同浓度蒽对长链烷烃降解能力的影响程度(如第113页图2)。

图2 不同浓度蒽对长链烷烃降解能力的影响

4 结语

在煤制气废水的处理中，由于其是新兴煤化工产业，在处理工艺和技术上还不是很成熟，除了常态的深度处理、微生物处理方式，对生物强化技术中的长链烷烃降解的研究起步较晚，工艺较为生疏，而煤制气废水中的成分和环境等因素极大地影响了长链烷烃降解能力和效率。因此，为了更好地促进高浓度、高毒性、难降解的煤制气废水的处理进程和技术工艺的发展，可以通过改善其降解处理过程中的环境条件或者针对其水质成分的含量设定特定数值的微生物运动床等手段，来改善长链烷烃的降解效果和降解速率，从而更好地落实国家工业废水排放一级标准，进而促进环境友好型社会的进步和发展。

[1] 王建芳.生物强化技术及其在废水生物处理中的应用[J].环境工程学报,2007(9):40-45.

[2] 吕华.生物强化技术在环境修复中的应用进展[J].北方环保,2011(23):48-49.

[3] 王家玲.环境微生物学[M].第2版.北京：高等教育出版社,2004:176.

[4] 谢康.煤制气废水处理中试验研究[J].环境污染与防治,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

张 冲，男，1985年出生，2011年毕业于晋中学院应用化学专业，本科，助理工程师，主要从事煤炭洗选工作。

环境保护

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

X703.1

A

1004-7050(2016)05-0111-03