原位利用焦化废水中固有组分除污的实现途径与化学生物耦合机制研究

Coking wastewater discharge is very complex in water quality and is very big in discharging volume; effluent of existing treatment processes often fail the discharging standard, which triggers great environmental hazard risks. Inherent components of coking wastewater such as phenols and ammonia are well known as primary "pollutants" but seldom aknowleged as "resources" in chemical reactions such as oxidation and precipitation. This study proposes a new concept of in-situ using pollutants in coking wastewater. Characteristic of the coking wastewater pollutants is going to be determined by analytical instruments such as GC-MS, LC-MS and ICP-MS together with principal component analysis tools; chemical form matching and chemometrics parameters of pollutant in-situ utilization process is determined by analyzing the potential of pollutants utilization in chemical processes such as (catalytic)oxidation/reduction, adsorption, and precipitation. Intergrated bio-chemical utilization of pollutants is reallized by establishing a combined bio-chemical process; the multi-level indicators such as chemical composition, molecular micrology community compostion and biological toxicity is going to be used to demonstrate coupling biological and chemical mechanism both qualitatively and quantitatively, which helps realising coupling chemical and biological pollutnats removal simutaniously with in-situ utilization of inherent componets, and builds technical and theoretic foundation for in-situ utilization of inherent components.

焦化废水排放量大、水质复杂、处理难度高，环境危害大，现有处理工艺往往不能达标排放；酚类、氨氮等物质是焦化废水的主要"污染组分"，但同时也是氧化、沉淀等化学反应的主要"资源"。本项目提出原位利用焦化废水中固有组分除污的新概念，通过GC-MS、LC-MS、ICP-MS等分析手段和主成分分析方法，识别焦化废水的特征组分，通过对固有污染物可（催化）氧化/还原、可沉淀特性的定量表达，探索污染物组分原位利用过程中的化学形态匹配学与化学计量学等关键科学问题，阐明固有污染物利用潜势客观规律；通过构建化学组分分析法、分子生物学法、综合毒性测试法的多级指标体系，突破化学生物耦合机制的定量表征难题，据此构建原位利用焦化废水中固有组分除污的化学-生物耦合新工艺构型；通过研究新工艺构型中化学生物高效耦合去除机理，探索焦化废水固有组分利用与污水净化的原位同步实现途径，为焦化废水的原位"以废治废"奠定理论与技术基础。

焦化废水是一种典型的难降解有毒有机废水，是我国每年排放量最大的工业废水之一。焦化废水中高浓度的酚类、氰化物、氨氮等阻碍了生化处理，通过合理的预处理工艺能够有效解决这一难题。本研究本着“以废治废”的概念，对高级氧化法进行调整和组合，将锰矿石尾矿应用到预处理工艺中，以实际焦化废水为研究对象，筛选最适用的预处理工艺，并对其进行优化。通过水质、固体成分分析等方法研究特征污染物（苯酚、苯胺）在预处理阶段的去除转化机制。最后，对预处理工艺出水的可生化性、生物毒性进行评价，并构建合理的生物化学耦合反应器。研究结果发现，高浓度焦化废水的最佳预处理工艺组合为先Fenton试剂后锰矿石尾矿+臭氧，最佳工艺条件为在室温条件下，双氧水与二价铁的比例为10：1，双氧水投加量7g/L，反应时间30min，锰矿石尾矿投加量1g/L，臭氧的通入时间30min。在最佳工艺条件下，COD去除率达到53.3%，B/C值达到0.54。高浓度焦化废水中的特征污染物苯酚、苯胺去除率分别能够达到88.3%和71.0%，氧化过程的中间产物均为苯醌。当两种特征污染物同时存在时，锰矿石尾矿对苯胺具有优先选择去除的特性，并且锰矿石尾矿在预处理过程中主要为催化氧化作用，吸附作用不占主导地位。本项目还研究了经过预处理后的活性污泥中脱氢酶的活性，并深入探讨了不同重金属对于脱氢酶活性的影响和微生物DNA测序。最后对化学生物耦合反应器进行了优化，从而能够更加有效的处理焦化废水。本项目总的结论是：焦化废水中的一些固有组分， 如酚类、苯胺类、氨氮，是其主要污染物，但它们同时也是催化、氧化、还原、沉淀等化学反应的“ 资源”，利用焦化废水中固有污染物“ 以废治废”， 是一种可持续发展的新概念，是一种可行性的方案。