高雯雯，張智芳，孫琪，李貝貝

(1.榆林學院 陜西省低變質(zhì)煤潔凈利用重點實驗室，陜西 榆林 719000;2.榆林學院 榆林市綠色化學與化工過程綠色化重點實驗室，陜西 榆林 719000;3.榆林學院 化學與化工學院，陜西 榆林 719000)

焦化廢水是煤制焦炭、煤氣凈化以及焦化產(chǎn)品回收精制過程中產(chǎn)生的廢水，含有多種有機污染物和無機污染物，其中難生物降解物質(zhì)主要為多環(huán)芳烴類和含氮、含硫及含氧雜環(huán)類化合物，是一種典型難降解的工業(yè)廢水［1］。生物法由于具有處理效率高、成本低、容易操作等特點，常用來處理焦化廢水［2-3］。常用的方法有AO 法及其變形工藝如AAO、AAOO 等。

AAO 法在AO 法的基礎(chǔ)上增加了厭氧酸化段(A 段)，不僅提高了廢水的可生化性，同時對有毒污染物也具有明顯的轉(zhuǎn)化和降解作用，因此整個系統(tǒng)有較高的處理能力和效率［4-5］。相對其他AO 變形工藝，AAO 工藝具有工藝簡單、總水力停留時間短、運行費用低、處理效率較好等優(yōu)點，同時該工藝厭氧(缺氧)/好氧交替運行，不宜絲狀菌的繁殖，基本不存在污泥膨脹問題［6-7］。因此，AAO 工藝已被廣泛應用于焦化廢水處理中，但對AAO 各段處理COD、NH3-N 的效果及降解機理研究的較少。

本文采用AAO 法處理焦化廢水中的COD 及NH3-N 并對AAO 各段運行機理進行了分析。

1 實驗部分

1.1 原料與儀器

焦化廢水，取自陜北榆林某焦化廠經(jīng)蒸氨、氣浮后的預處理廢水，COD 1 800 ～2 500 mg/L，NH3-N 160 ～240 mg/L，pH 7.8 ～8.4;接種污泥，取自其曝氣池;鄰菲羅啉、硫酸亞鐵、硫酸亞鐵銨、重鉻酸鉀、硫酸銀、硫酸汞、氫氧化鈉、氧化鎂、碘化鉀、碘化汞、酒石酸鉀鈉、氯化銨、葡萄糖、磷酸二氫鈉、濃硫酸、鹽酸均為分析純。

5B-3C 型COD 快速測定儀;pHS-3C 型酸度計;WTW inoLab Oxi730 溶氧儀;FA1104N 型電子天平。

1.2 實驗方法

實驗裝置見圖1。厭氧池和缺氧池內(nèi)有填料，其中厭氧池、缺氧池和好氧池容積比為1 ∶1 ∶3，裝置有效容積為60 L，廢水由儲水池經(jīng)恒流泵到缺氧池后依靠重力的作用流入其他池內(nèi)，缺氧池和好氧池通過微孔曝氣砂頭進行連續(xù)曝氣，厭氧池不進行攪拌，混合液回流以及污泥回流通過蠕動泵控制流量。

圖1 AAO 系統(tǒng)工藝流程圖Fig.1 Flow chart of AAO system

將活性污泥投加到曝氣池內(nèi)，池內(nèi)注入經(jīng)稀釋后的焦化廢水，加入葡萄糖及磷酸二氫鈉等營養(yǎng)物質(zhì)，悶曝24 h，活性污泥顏色逐漸變?yōu)橥咙S色，連續(xù)曝氣，每隔1 d 停止曝氣，靜沉30 min，取出上清液，加入實驗用原水，污泥濃度升高到一定數(shù)值(一般為由高速增長期轉(zhuǎn)入緩慢生長期，MLSS ＞2 g/L)時，開始培養(yǎng)亞硝化菌及硝化菌［8］。培養(yǎng)馴化開始時，向厭氧池、缺氧池和好氧池中分別投加1/3 的活性污泥，同時加入濃度為20%的實驗原水及適量營養(yǎng)物質(zhì)進行連續(xù)曝氣，1 d 后將上清液的1/3 ～1/2左右取出，并加入稀釋后的實驗原水，同時投加葡萄糖和磷酸鹽等營養(yǎng)物，嚴格控制進水的氨氮濃度，使其＜150 mg/L。繼續(xù)曝氣，反復進行3 次后開始小流量連續(xù)進水，保持較高的HRT 和大回流比，待出水COD 穩(wěn)定后，按20%的遞增速率逐漸增大焦化廢水的濃度，直至設計值。期間對一些常規(guī)水質(zhì)指標進行監(jiān)控，如COD、氨氮(納氏試劑比色法)、pH、溶解氧、溫度等。

系統(tǒng)穩(wěn)定運行過程中各參數(shù)為:混合液回流比300% ～400%;污泥回流比80% ～100%;溫度20 ～25 ℃;pH 進水用磷酸控制pH =6.7 ～7.2，好氧段通過投加NaHCO3溶液使其pH 維持在6.5 ～7.5;溶解氧DO:厭氧池＜0.5 mg/L，好氧池3 ～5 mg/L;總水力停留時間40 ～55 h。

2 結(jié)果與討論

2.1 活性污泥培養(yǎng)、馴化

好氧池污泥培養(yǎng)過程中，由于NO－2的出現(xiàn)，pH開始降低，說明硝化反應開始進行，因此需采用20 g/L 的純堿溶液進行調(diào)節(jié)。此時，缺氧池水面開始產(chǎn)生微小的氣泡，表明發(fā)生反硝化反應。經(jīng)過一段時間的培養(yǎng)馴化，系統(tǒng)出水COD、NH3-N 已基本穩(wěn)定，至此可認為馴化基本完成。隨后經(jīng)過一系列的參數(shù)調(diào)整，系統(tǒng)進入穩(wěn)定運行階段。

2.2 系統(tǒng)對COD 的處理效果

穩(wěn)定運行期間，系統(tǒng)對COD 的處理情況見圖2。

由圖2 可知，進水濃度821 ～933 mg/L 時，出水濃度保持在130 mg/L 以下，COD 去除率為86.7%。厭氧池、缺氧池和好氧池對COD 的去除率分別為10.9%，64.9%和24.2%，表明缺氧段對COD 的降解效果最好，好氧段次之，厭氧段較差。其原因可能是厭氧段的主要作用是進行水解酸化，經(jīng)過該步反應后，廢水中部分大分子、難降解有機物轉(zhuǎn)化為小分子、易被好氧微生物降解的有機物，因此COD 變化較小。經(jīng)過厭氧段的水解酸化后，易降解的有機物進入缺氧段進行反硝化反應，該反硝化過程利用這部分有機物作為碳源，因此該段有機物COD 變化最大。廢水進入好氧段后，有機物也可以被降解，但去除率不高［9］。

圖2 AAO 系統(tǒng)各段對COD 的處理效果Fig.2 The removal efficiency of COD in units of the AAO system

2.3 系統(tǒng)對氨氮的處理效果

穩(wěn)定運行期間，系統(tǒng)對氨氮的處理情況見圖3。

圖3 AAO 系統(tǒng)對氨氮的處理效果Fig.3 The removal efficiency of NH3-N in units of the AAO system

由圖3 可知，進水濃度為165 ～203 mg/L 時，出水濃度保持在8.6 mg/L 以下，氨氮去除率97.2%。厭氧池、缺氧池和好氧池對氨氮的去除率分別為－2.4%，26.0%和76.4%。表明好氧段對氨氮的降解效果最好，缺氧段次之，厭氧段最差，且氨氮濃度不降反升。原因是厭氧段的水解酸化過程可以將廢水中有機氮轉(zhuǎn)化為氨氮，從而造成厭氧出水氨氮略為升高的現(xiàn)象［10］，但這種現(xiàn)象絕不能代表厭氧池對氨氮的去除沒有任何作用。李詠梅等［11］認為，厭氧段的存在可以減輕后續(xù)反硝化-硝化系統(tǒng)中-N的積累，提高廢水有機氮去除率和削減廢水毒性;經(jīng)過厭氧酸化的廢水及從沉淀池回流的廢水進入缺氧池，氨氮濃度被稀釋，同時在缺氧段反硝化菌將由硝化菌產(chǎn)生的硝態(tài)鹽轉(zhuǎn)化為氮氣，并消耗廢水中的有機物作為反硝化菌生長繁殖的基質(zhì)，這可使氨氮因同化作用而被去除。另外，回流液中的高濃度溶解氧使缺氧段底部有少量硝化菌存在，使得部分氨氮因硝化作用而被去除，因此缺氧段對氨氮有一定的去除作用［12］;好氧段進行的是硝化反應，硝化菌將氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)鹽，因此相對缺氧段，好氧段對氨氮的去除貢獻最大。

3 結(jié)論

(1)采用厭氧酸化-缺氧-好氧法處理焦化廢水，系統(tǒng)穩(wěn)定運行時，對COD、NH3-N 的去除率分別為86.7%、97.2%，出水COD、氨氮平均濃度為118.0，5.1 mg/L，達到焦化廢水一級排放要求，這說明厭氧-缺氧-好氧工藝是處理焦化廢水效率較高、運行穩(wěn)定的有效途徑。

(2)系統(tǒng)各段對COD 和氨氮的去除效果明顯不同，COD 的變化由大到小分別為缺氧池、好氧池和厭氧池;氨氮的變化由大到小依次為好氧池、缺氧池和厭氧池。

(3)AAO 系統(tǒng)各段的共同作用使焦化廢水COD、氨氮得到很大程度的降解，其中，厭氧段將廢水中的大分子物質(zhì)水解酸化為小分子物質(zhì)，提高了廢水有機氮去除率和削減廢水毒性，使廢水的可生化性得到提高;缺氧段的反硝化反應以硝酸鹽或亞硝酸鹽為電子受體，利用有機物作為電子供體氧化分解有機物;好氧段的硝化反應以氨氮為電子供體，利用溶解氧作為電子受體分解廢水中的氨氮。

［1］ Kima Young Mo，Park Donghee，Lee Dae Sung，et al.Inhibitory effects of toxic compounds on nitrification process for cokes wastewater treatment［J］.Journal of Hazardous Materials，2008，152:915-921.

［2］ 馬昕，吳云生，張濤，等.O1/A/O2工藝處理高濃度焦化廢水［J］.工業(yè)水處理，2012，32(2):89-92.

［3］ 張忠祥，錢易.廢水生物處理新技術(shù)［M］.北京:清華大學出版社，2004.

［4］ Zhao Wentao，Huang Xia，Lee Duujong.Enhanced treatment of coke plant wastewater using an anaerobice-anoxicoxic membrane bioreactor system［J］.Separation and Purification Technology，2009，66:279-286.

［5］ 李詠梅，顧國維，趙建夫.厭氧酸化-缺氧-好氧生物膜法處理焦化廢水的研究［J］.上海環(huán)境科學，2000，9(增刊):63-66.

［6］ 王喜全，胡筱敏，馬英群，等.焦化廢水中氨氮及COD降解技術(shù)［J］.環(huán)境工程，2011，29(2):26-29.

［7］ 邵林廣，陳斌，黃霞，等.A1-A2/O 與A2/O 系統(tǒng)處理焦化廢水的比較研究［J］.給水排水，1995，21(8):16-35.

［8］ 李秀艷.生活污泥用于焦化廢水處理的培養(yǎng)馴化［J］.山東冶金，2010，32(2):21-23.

［9］ 范軍，錢培金.厭氧-兼氧-好氧(A-A/O)系統(tǒng)處理焦化廢水的研究［J］.能源環(huán)境保護，2009，23(4):22-25.

［10］李亞新，周鑫，趙義.A2/O 工藝各段對焦化廢水中難降解有機物的去除作用［J］.中國給水排水，2007，23(14):4-7.

［11］李詠梅，顧國維，仇雁翎，等.厭氧酸化在焦化廢水脫氮和毒性削減中的作用［J］.環(huán)境科學，2001，22(4):86-90.

［12］鄭俊，董玲，張詩華.A2/O 與BAF 組合工藝處理焦化廢水的試驗研究［J］.中國給水排水，2011，27(17):82-84.