现阶段我国焦化厂废水的主要来源有煤炭在高温裂解、煤气净化以及焦炭成形过程中的排水阶段。焦化废水作为一种典型的工业有机废水，含有高浓度的氨、苯酚、氰化物、硫氰酸盐和其他芳香烃，以及各种含氮、氧、硫的杂环化合物，具有高有机负荷、成分复杂、强毒性等特点，其中大多数化合物被认为对环境有害并且对人类具有遗传毒性风险。我国作为大的焦炭生产国，在处理焦化废水的污染方面正面临巨大挑战。
复合生态湿地系统指的是运用土壤、微生物、植物等生物、物理、化学联合作用，对污水做净化处理的一种技术。其作用原理有：过滤、吸附、滞留、沉淀、微生物分解、植物遮蔽、转化、残留物积累、养分吸收等，此系统对污水处理效果显著，出水水质较稳定，可将污水内的大量重金属、有机物去除，其脱氮去磷效果较好，加之运行管理起来较简便，近年来在生活污水处理中应用较广。
2、农村生活污水特征
农村生活污水特征主要表现在以下两方面：
水质特征。
农村生活污水排放过程中，污水水质由于排水类型的不同存在显著差异。按照排放的地点、水质特征所表现出的差异，农村生活污水有居民生活洗涤污水、养殖废水、厕所污水、厨房污水、其他类型的污水等，其中污染物浓度较高的厕所污水，会产生较大的臭味，厨房污水、洗衣污水等污染也相对高，其他类型污水比较干净。农村生活污水的水质通常很稳定，污水中磷、氮、有机物等营养物质的含量相对高，并不会产生有毒物质。
第二，排放特征。
由于农村村民居住并不集中，很多污水处理设备不完善，所排放的污水很多未经过处理，这就使农村的生活污水排放表现出不连续的状态，主要表现在，生活污水的排放量与村民生活规律没有太大变化，一般早上排水量多于白天，夜间的排水量相对少，水量的变化较为明显，所排放的生活污水呈现不均匀排放，且变化幅度相对大。再加之农村居住人口相对少，其分布较广，这就使大部分村庄无健全的生活污水排水管道，随意排放，污水处理基础设施也不健全，很多污水没有做相应处理，居民直接将其排至河道，从而污染居民居住环境。
3、农村生活污水处理中复合生态湿地系统的具体运用
3.1 复合生态湿地系统在水质处理中的运用
污水处理人员对农村生活污水进行处理时，需按照具体污水水质特征、排放方式等实施，主要目的是脱氮除磷。将复合生态湿地系统运用到其中，处理效果较好，但处理过程也较复杂，处理过程分别有沉淀、吸附、离子交换、络合反应、硝化、反硝化、营养物质吸收、微生物降解、生物迁移转化等。
由于农村生活污水当中含有很多微生物、植物生长过程所需的无机质、有机质、磷、氮、磷等，而复合生态湿地生态系统在这个运用过程中，遵循生物生态、因地制宜、综合利用等理念，选取生态节能型污水处理技术，也就是把生态方法、生物方法进行有效结合，同时较好地综合相应的厌氧调节槽，以使得农村生活污水中的BOD、COD能够完全清除，并起到较强的除磷作用、强制充氧反应槽硝化作用。
第二，污水处理人员也可选取太阳能当做外加动力，此种污水处理方法操作过程较简便，过程比较流畅、处理成本、运行费用非常低，与国内农村生活污水处理特点有很多相似之处。
第三，复合生态湿地系统运用过程中，生活污水会直接流到厌氧调节槽中。厌氧调节池设置于地下并在内放置定量填料，厌氧调节池中所残余的污水会自流到强制充氧反应槽，通过风机曝气完成污水充氧，这就会让大量污水于充氧反应槽中通过好氧微生物进行处理之后，降解大量有机物。氨氮通过硝化直接生成亚硝酸根、硝酸根，运用气提把氧化之后的硝化液直接回流于厌氧调节池内，出水直接通过生态渠流到好氧生态床内，在好氧生态床间未设置跌水充氧单元，通过多级好氧生态床之后通过生态渠顺次流到级的氧化塘、人工湿地，而后出水达到城镇污水处理相应标准后排放。此种处理方法优势较明显，主要表现在：污水处理工艺选取微曝气、势能增氧，运用风机空气直接形成相应的气提，使硝化液快速回流，可明显降低对电能的损耗。并且之后的污水处理主要选取势能增氧，有效运用地形、地势各层形成增氧，同时运用地形地势，构建相应的跌水充氧单元，并根据生态渠、好氧生态床、人工湿地等特点和农村环境进行较好地融合。
3.2 复合生态湿地系统在有机物处理中的运用
复合生态湿地系统在农村生活污水处理中效果较明显，尤其在脱氮除磷处理中，主要把人工湿地系统和组合的生态浮床系统进行较好地结合，运用厌氧与好氧单元形成复合生态湿地系统，以较好地解决农村生活污水处理中常出现的氮、磷问题。相关人员为尽早脱氮除磷，使农村生活污水问题得到较好的解决，应加强对复合生态湿地系统的运用，主要表现为：
选取合适的复合生态湿地系统基质并对其进行组合，以便强化基质的氮磷吸附能力，以促进微生物、植物快速生长；
第二，相关人员应选取耐寒能力、抗逆性、根系特征、脱氮除磷能力等较强的植物，以便能够处理各种浓度生活污水，强化污水耐性，增强生活污水中氮磷的吸收去除能力。同时要选取与冬季生长环境相符的植物，其根系较发达，如酸模、水芹等，以改善农村生活污水处理效果；
第三，相关人员对复合生态湿地系统的具体结构类型、运行情况做相应比对，建设安全、合适的氧化塘、生态浮床，可建议农村村民选取一个水产养殖，以改善复合生态湿地系统运行效果。同时加强对生态湿地植物资源的有效运用，并做好农村污水处理地区的景观设计工作，所选取的植物需具备较强的除污能力的同时，还能美化污水处理区的环境，如鸢尾、芦苇、美人蕉。
第四，要想确保农村生活污水处理中复合生态湿地系统得到有效运用，相关人员还可选用一些具有推广价值的植物，如巨菌草、象草等。象草属于亚热带、热带区域常年生长的一种草本植物，其生长速度非常较快，生物量很大，很多植株能够长到3-4米高，是一种较典型的高蓄能植物。因为象草的生长周期非常、生长速度快及根系较为发达等优势，将其运用到人工湿地中，效果较明显。巨菌草是一种比较典型的C4植物，其太阳能的转化率非常高，每年的鲜草达到200-400t/hm2，运用优势主要表现在：根系非常发达，生物量非常大且抗逆性非常强等。在复合生态湿地系统运用过程中，巨菌草应用相对较好，不仅能作一种良好的药用菌培养原料，还可将其当做畜禽养殖饲料，可在农村生活污水处理中有效运用，具有较高的生态价值。
目前焦化行业一般采用A/A/O/O工艺和SBR工艺进行焦化污水的处理，但是这2种处理方式对焦化废水的色度以及COD质量浓度的处理并不理想。随着《炼焦化学工业污染物排放标准》(GB16171—2012)的颁布以及环保要求的不断提高，对于焦化废水的处由表2可以看出，所制备的膜的孔隙率均在80%以上，说明PES膜是一种多孔膜材料。其中，当添加剂质量分数为0.2%时膜的孔隙率大，为84.1%；质量分数在0.6%、0.8%、1.0%时均较小，这是由于纳米TiO2具有团聚性，质量分数较高时容易聚集在一起造成膜孔堵塞，从而导致膜的孔隙率降低。同时，M2的水通量大，M1的水通量小，结合图3可以看出，这与膜表面的接触角有一定的关系，这是因为纳米TiO2的表面有很多羟基，是
由表3可以看出，未改性时，PES膜的截留率仅为40%左右，而当TiO2－Fe3O4质量分数为0.8%时其截留率高达90%。由Fenton法可知，焦化废水呈酸性，膜表面的四氧化三铁会溶解出来，在H2O2的作用下全部变成Fe2+，然后Fe2+和H2O2反应生成氧化能力很强的•OH，和废水中的有机物反应从而降低COD值。当TiO2－Fe3O4的质量分数从0增加到0.8%时，COD值逐渐降低，但是当其大于0.8%之后，COD值基本保持不变，这是因为加入到焦化废水中H2O2质量分数的优值是一定的，所以当TiO2－Fe3O4的质量分数为0.8%时，Fe2+已经达到了饱和状态，继续增加其质量分数也不会再增加其COD的处理能力。
2.5 综合评定分析
添加的TiO2－Fe3O4质量分数不同，对膜的结构与性能的影响也不同，所以综合考虑，选用膜的水通量和膜的截留率以及制作成本的节约值作为评价指标，应用统计学的方法对原始数据进行归一化处理，使结果更加可靠，更有说服力。其中水通量的权重设定为0.4，截留率权重设定为0.5，成本节约的权重设定为0.1，数据处理结果如表4所示。
很好的亲水性基团，随着膜亲水性的提高，其与水的接触就越大，也就越有利于水分子的进入与传递，同时还有孔隙率的协同作用，从而更有利于水分子进入膜孔。随着改性剂质量分数的不断增加，大量的TiO2团聚在一起，从而导致膜孔堵塞，抑制水透过膜，导致水通量降低，但是由于亲水性的拮抗作用，所以焦化废水通量并没有出现急剧下降现象。理不再局限于达到污水的二级排放标准，而是寻求经济大化和水资源回用技术，以提高焦化厂的水资源重复利用率。膜技术作为一种分离、提纯、浓缩的新技术，以其工艺简单、能耗低、出水质量好等特点在21世纪得到由图2可以看出，当不添加共性剂时，接触角大，说明单纯的PES膜是疏水性比较强的膜，因为PES含有OSO基团，所以表现出疏水性。而改性剂TiO2－Fe3O4的质量分数为0.2%时，接触角急剧减小，并且接触角是小的，可知亲水性明显提高，说明TiO2－Fe3O4作为添加剂对膜的亲水性改性效果较好，原因是纳米TiO2表面富含羟基，从而表现出较高的亲水性。此外，随着改性剂质量分数的增加，接触角先变大后变小，这是因为当TiO2－Fe3O4的质量分数较低时，TiO2表现出来的团聚性能较弱，在外力的作用下，能够均匀地分布在PES膜的孔隙中，从而增加了膜的亲水性。然而随着改性剂质量分数的增加，TiO2显示出较强的团聚性，使其聚集在一起，即使在外力的作用下也不能使其在膜上分布均匀，从而使其亲水性相比低质量分数改性剂降低了。随着改性剂质量分数的进一步增加，TiO2在团聚之后因其广泛应用，成为时下焦化废水深度处理的研究热点之一。Fenton法对高浓度有机废水深度处理是目前焦化厂、印染厂、制药厂等企业比较常用的处理方法。
笔者以湖北某焦化厂二沉池出水为研究对象，以聚醚砜为超滤膜的基料，将Fe3O4负载在超亲水性、抗菌的无机材料纳米TiO2上，从而制备出既亲水又能降低焦化废水化学需氧量的共混PES膜。通过控制无水氯化铁、七水合硫酸亚铁与TiO2的比例制备出TiO2－Fe3O4改性剂，并进行平行对照实验，分析其对膜的孔隙率、接触角、水通量、截留率的影响情况，从而确定适宜的改性剂添加量。
1、实验部分
1.1 实验材料及仪器
聚醚砜(PES)，N，N－二甲基乙酰胺(DMAC)；聚乙烯吡咯烷酮(PVPK－30)；二氧化钛(TiO2)；七水合硫酸亚铁(FeSO4•7H2O)；无水三氯化铁(FeCl3)；浓盐酸；浓氨水；浓硫酸(98%H2SO4)；zhonggesuanjia(K2CrO7)；六水合硫酸亚铁铵((NH4)2Fe(SO4)2•6H2O)；1，10－菲啰啉(一水合物)(C10H8N12•H2O)；硫酸银(Ag2SO4)；硫酸汞(HgSO4)；过氧化氢(30%H2O2)。
X射线衍射(XPertPROMPD)；静滴接触角测量仪(JC2000C1)；鼓风干燥箱(DZF6050)；超声波分散仪(CH－01BM)；通量测试仪(500mL)，自制。
1.2 TiO2－Fe3O4添加剂的制备
采用共沉淀法制备纳米TiO2－Fe3O4颗粒：称取适量的TiO2于装有100mL去离子水的锥形瓶中，用超声波分散仪超声分散1h后，移到三颈烧瓶并加适量的稀盐酸，用氮气驱氧30min并加热到80℃。再以n(Fe2+)∶n(Fe3+)=1∶2的比例称取适量的七水合硫酸亚铁和无水三氯化铁，溶于20mL去离子水中，并缓慢地滴加到三颈烧瓶中，持续搅拌1h。准确地量取1mL浓氨水并用去离子水稀释至10mL，用恒压漏斗逐滴加入到三颈烧瓶中，持续搅拌并老化2h，全程控制温度使其恒定80℃，后磁分离出产物，用去离子水反复洗涤至溶液呈中性，抽滤后置于60℃的干燥箱中24h，冷却后研磨，即得到纳米TiO2－Fe3O4复合物。
