沅江市环境卫生管理中心 湖南沅江 413100
摘要：焦化污水是具有高负荷、高污染、高毒性和难降解的生活废水。当前生活废水中碳、氮循环生物处理方法是最为经济的处理手段。但这一技术无法解决焦化废水有机物含量高的问题。毒性有害污染物对微生物存在毒性抑制与惰性抑制的情况，造成焦化废水有机物可降解性能差。本文利用液-液萃取，硅胶、氧化铝净化的方法，通过GC/MS技术分析出在焦化废水中，有15个种类，558中有机物。为达到更好的除污效果，对这些有机物的识别、污染特性及降解过程进行了研究。
关键词：焦化污水；特征性污染物；组成分析；有机污染物
焦化污水指的是居民生活过程中产生的，成分复杂、有毒、难降解的生活废水，既含有硫氰化物、氰化物、氨、氟化物等无机污染物，也含有喹啉、酚类、多环芳烃、吡啶等有机污染物。虽然我国经济发展迅速，但大部分生活的供暖材料材料、生活用品等都含煤炭资源。焦化污水在整个生活废水排放量的占比达到了2%以上，当前多种污水处理工具以均不能完全矿化焦化污水中的有机物。经处理的污水仍然含有大量的污染物，此类污染物大多含有致癌、突变、畸性等物质，增加了人类健康和环境安全的风险。而对这些有机物进行识别、认识其污染特性是创新焦化污水处理的基础。当前的焦化污水处理站一般采用挥发酚、COD、悬浮物等指标判定处理效果和出水水质。但这些指标不能完全满足环保的要求，所以要求我们制定的新的特征性有机物评价指标。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
焦化废水原水取自沅江市生活废水排放中心，均采用A/O2废水处理工艺，采样时间为2016年3月21日~3月31日。分每日早、中、晚三次采样。以平均比例混合水样的分析平均值作为监测数据，水样保存于专用容量瓶中。本次实验中所采用的标样为苯并［k］荧蒽、苯并［a］芘、邻苯二甲酸二丁酯、林苯二甲酸丁基苄基酯、邻苯二甲酸二壬酯等，浓度为2000 m•L-1，均购自美国Supelco色谱耗材公司。样品预处理和分析过程中使用的丙酮、甲醇、二氯甲烷、正已烷等试剂购自德国Merck公司。
1.2 有机物萃取与衍生化
将采集水样先用0.45 m玻璃纤维过滤膜过滤，去出颗粒物，然后用二氯甲烷在中性、碱性、酸性条件下进行液-液萃取。经旋转蒸发仪浓缩至1ml，替换剂为正已烷，通过硅胶、氧化铝分离柱[1]。用正已烷洗脱分离柱获得非极性有机组，洗脱得到中等极性有机组。通过旋转蒸发、氮气吹脱得到0.5ml浓缩液，进行衍生化，然后GC/MS分析。衍生化采用BSTFA进行衍生酚类化合物。用2ml样品，加入2ml的饱和食盐水，PH值调整到2以下，以6ml二氯甲烷分3次进行萃取。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆用氮气吹干萃取液后加入200 m丙酮溶液，在计入50 l10%吡啶甲苯溶液和50 l2%BSTFA溶液静置1h后转移，用正已烷定容至1ml，进行GC/MS分析[2]。
2 焦化废水成分分析
焦化废水的成分非常复杂，由硫化物、酚类化合物、多环芳香族化合物、杂环有机化合物等构成，同时其成分还受到季节、化工品回收方式等影响，其水质成分和含量均有显著差异。其中，经检验，焦化废水中共有15类558种有机化合物，主要成分为酚类、PAHs、有机腈类、喹啉类、含氧杂环和部分酯类[3]。其中酚类主要有44种，甲基取代酚、萘酚、苯酚所含比重最大。PAHs占比中，3环和4环PAHs所占比重最大，荧蒽浓度可达84.01 g•l-1。分析发现氮杂环化合物有144种，喹啉类、吡啶类、吲哚类含量最大。腈类化合物有50种，主要成分为2-氨基氰苯。这些有机物具有特殊的生成机制，焦化中浓度较高，且具有一定的毒性和污染性。此外，焦化污水中还具有大量的其他类型的有机污染物，种类广泛但一般含量较少。如氯苯、吲哚、多氯联苯、二甲酸酯类等。其中吲哚、吡啶、喹啉较难降解[4]。吲哚是单环五元杂环吡咯与苯环稠和后形成的无色片状结晶，属于中等程度挥发有机物，其降解速率常数仅为吡咯的1/2，这主要是吲哚环上的电荷密度较高，空间体积位阻效应增大和疏水性增强的原因。吡啶是六元杂环化合物，为具有特异气味的无色液体，可随水蒸发，弱碱性[5]。吡啶的挥发性较强，但是难用好氧生物降解。原因为氮原子上未共用电子对未参与环上π电子共轭体系形成，吸引环上电子，造成环上电子云密度大幅下降，阻碍氧从分子获得电子。喹啉是吡啶与苯的稠合体，为无色油状液体，可随水蒸气蒸发，弱碱性。喹啉是中等程度会发有机物，生物降解常数为27.1×10-3l/（g•h）[6]。
3 焦化污水中有机物在废水处理过程中的降解
焦化废水的处理一般经预处理、生物处理和混凝沉淀等，其中大部分有机物都可以去除，而生物处理环节担负起了大部分的处理功能，其中酚类、PAHs及含氮杂环类的大部分都会在这一环节去除。酚类在缺氧和好氧状态下均能进行降解，缺氧单元处理后，酚类物质组成发生变化，生物进水主要为苯酚和单甲基取代酚，一级好氧处理后主要成分为苯酚和2，4-甲基酚[7]。二级好氧处理后主要成分为2，4-二甲基酚。不同环节酚类处理程度具有很大差异，在缺氧和一级好氧处理过后，90%左右的酚类即可被去除，一级好氧处理即可去除60%的酚类，对单甲基取代酚和苯酚具有很强的去除效果。酚类本身容易降解，在好氧条件下，酚类物质在羟基化酶作用下转换为为邻苯二酚，通过邻位双甲氧酶进行开环裂解。缺氧状态下，酚类会还原为环乙酮，再转变为乙酸，再经β-氧化形成小分子脂肪酸。PAHs在生物处理过程中同样会发生组成变化，4环类显著增加，缺氧去除率约为33~83%，二级好氧去除率为16~50%。5~6环PAHs在缺氧阶段去除率较高，达到了68%以上。PAHs去除包括污泥吸附、微生物降解、光降解和水降解等。喹啉类在经缺氧单元处理后，可去除23%以上，异喹啉类、多环喹啉、取代喹啉比重有所上升。一级好氧可去除11~80%的喹啉类，二级好氧去除在1%以下。
4 结语
焦化废水是难易降解的生活有机废水，工程复杂，有机种类繁多，很多有机物具备特殊的分子结构，如欲避免这些物质对环境造成的危害，有效的污水处理是关键。通过对其中有机成分的认识，能针对性的改进处理工艺，避免对人类的损害。
参考文献：
[1]李庆生.焦化废水中有机物的识别、污染特性及其在废水处理过程中的降解[J].中国化工贸易，2014，231（34）：245-245.1674-5167.
[2]张万辉，韦朝海，吴超飞等.焦化废水中有机物的识别、污染特性及其在废水处理过程中的降解[J].环境化学，2012，31（10）：1480-1486.
[3]陈辉洋，魏宏斌，章建科等.QWSTN工艺处理焦化废水工程的设计及调试[J].中国给水排水，2013，29（20）：88-91，99.
[4]贺晶莹，韦朝海，冯春华等.焦化废水处理过程外排污泥中重金属形态特征及其潜在环境风险[J].环境工程学报，2013，7（1）：79-85.
[5]王海军，王有涛，周玉清等.六亚甲基二异氰酸酯改性β-环糊精及其焦化废水处理[J].生物加工过程，2013，11（6）：82-85.1672-3678.
[6]施杰，李恩超.焦化废水处理中斜板沉淀池翻泥原因及解决措施[J].净水技术，2015，21（3）：90-92，100.1009-0177.
[7]孙明东，王光华，黄婷婷等.盐水体系中淀粉接枝聚丙烯酰胺的制备及其焦化废水处理性能的研究[J].化工新型材料，2013，41（11）：168-170.1006-3536.
论文作者:何新颜
论文发表刊物:《基层建设》2016年11期
论文发表时间:2016/8/6
标签：有机物论文; 废水论文; 喹啉论文; 废水处理论文; 污染物论文; 吡啶论文; 污水论文; 《基层建设》2016年11期论文;