湯清泉，魏宏斌，陳良才

（1.浙江省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，杭州　310007；2.同濟(jì)大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上?！?00092；3.上海中耀環(huán)保實(shí)業(yè)有限公司，上?！?00092）

AAO與OAO工藝處理焦化廢水的對比研究

湯清泉1，魏宏斌2，陳良才3

（1.浙江省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，杭州310007；2.同濟(jì)大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海200092；3.上海中耀環(huán)保實(shí)業(yè)有限公司，上海200092）

對比研究AAO與OAO工藝，考察了2種工藝在不同有機(jī)負(fù)荷和碳氮比的條件下，對焦化廢水中CODCr、氨氮、總氮的去除效果。試驗(yàn)結(jié)果表明，AAO與OAO工藝均對焦化廢水表現(xiàn)出良好的有機(jī)物和氮類物質(zhì)去除效果，廢水中所含難降解物質(zhì)的比例和碳氮比是決定2種工藝處理效果優(yōu)劣的關(guān)鍵，難降解物質(zhì)比例高或碳氮比低的焦化廢水適合采用AAO工藝處理，難降解物質(zhì)比例低且碳氮比高的焦化廢水適合采用OAO工藝處理。

焦化廢水；AAO工藝；OAO工藝；碳氮比；難降解物質(zhì)

焦化廢水是一種典型的有毒難降解工業(yè)廢水，其污染物組成復(fù)雜、濃度高，其治理研究是國內(nèi)外工業(yè)廢水治理的研究熱點(diǎn)之一。AAO工藝與OAO工藝分別在傳統(tǒng)AO工藝的前端設(shè)置了厭氧水解單元和好氧脫碳單元，對于焦化廢水的良好處理效果已被眾多學(xué)者的研究所證實(shí)［1-3］，目前，對已建成運(yùn)行，但出水尚未能達(dá)標(biāo)的多數(shù)AO工藝，其技術(shù)改造工程往往也采用AAO工藝或OAO工藝［4-6］。本研究針對AAO工藝與OAO工藝對不同有機(jī)負(fù)荷和碳氮比的焦化廢水的處理效果進(jìn)行了對比，為焦化廢水處理工程的技術(shù)改造提供參考，便于更好地選擇經(jīng)濟(jì)合理、運(yùn)行穩(wěn)定的生化工藝。

1　試驗(yàn)部分

1.1工藝流程

本試驗(yàn)工藝流程見圖1。

圖1　試驗(yàn)工藝流程Fig.1　Process f1ow of the test

AAO工藝與OAO工藝均從同一個(gè)200 L的調(diào)節(jié)池進(jìn)水，初沉池污泥回流至厭氧水解池或好氧脫碳池，二沉池的硝化液和污泥回流至缺氧池。反應(yīng)器池體為UPVC材質(zhì)，厭氧水解池（或好氧脫碳池）、缺氧池、好氧池的容積比為1∶1∶3，其有效容積分別為10、10、30 L，初沉池、二沉池有效容積分別為5、8 L。進(jìn)水、硝化液及污泥回流均采用Mi1tonRoy LMI機(jī)械隔膜計(jì)量泵控制，攪拌采用直流電動(dòng)攪拌機(jī)，供氧采用壓縮空氣機(jī)曝氣。此外，在好氧池內(nèi)設(shè)置攪拌機(jī)以確保反應(yīng)器內(nèi)活性污泥保持良好的懸浮狀態(tài)。

1.2原水水質(zhì)與運(yùn)行參數(shù)

試驗(yàn)原水由某焦化廠的蒸氨廢水、甲醇廢水、事故池水及氣浮池出水等配制而成，儲存于200 L的塑料桶內(nèi)，主要水質(zhì)指標(biāo)見表1。

表1　原水水質(zhì)Tab.1　Raw water qua1ity

試驗(yàn)運(yùn)行參數(shù)控制如下：試驗(yàn)溫度為15～25℃，進(jìn)水量為0.8 L/h，厭氧水解池（或好氧脫碳池）、缺氧池、好氧池的水力停留時(shí)間分別為12.5、12.5、37.5 h，硝化液和污泥的混合液回流比為600%，各反應(yīng)器活性污泥質(zhì)量濃度為3g/L。進(jìn)水平均pH值為8.85，AAO工藝與OAO工藝二沉池出水平均pH值分別為7.85、7.70，出水平均堿度分別為250、235mg/L。厭氧水解池、好氧脫碳池、缺氧池、好氧池溶解氧的平均質(zhì)量濃度分別為0.2、1.7、0.4、3.0mg/L。

1.3分析方法

CODCr：重鉻酸鉀法；BOD5：稀釋接種法；氨氮：蒸餾后滴定法；凱氏氮：消解-蒸餾后滴定法；總氮：過硫酸鉀氧化紫外分光光度法。

2　結(jié)果與討論

2.1厭氧水解對廢水可生化性的改善

AAO工藝厭氧水解單元提高廢水可生化性的情況見圖2。

圖2　厭氧水解對廢水可生化性的改善效果Fig.2　Improving effect of anaerobic hydro1ysis on biodegradabi1ity of wastewater

由圖2可知，AAO工藝中厭氧水解池進(jìn)水的m（BOD5）/m（CODCr）值為0.14～0.39（均值為0.28），出水的m（BOD5）/m（CODCr）值為0.28～0.71（均值為0.51），厭氧出水的m（BOD5）/m（CODCr）值較進(jìn)水提高了0.23。表明厭氧水解池能夠改善有機(jī)物組成、降低有毒物質(zhì)濃度，進(jìn)而提高廢水的可生化性。

2.2對CODCr的去除效果

AAO、OAO工藝出水CODCr濃度隨進(jìn)水CODCr負(fù)荷的變化情況見圖3、圖4。

圖3　出水CODCr的變化情況Fig.3　Variation of eff1uent CODCrconcentraion

圖4　出水CODCr濃度隨進(jìn)水CODCr負(fù)荷的變化情況Fig.4　Change trend of eff1uent CODCrconcentration under different inf1uent CODCr1oadings

由圖4可知，當(dāng)CODCr負(fù)荷在0.3kg［CODCr］/（kg［MLSS］·d）以內(nèi)時(shí)，2種工藝出水CODCr均穩(wěn)定達(dá)到GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的焦化行業(yè)二級排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，CODCr的總?cè)コ式咏?2%。同時(shí)，系統(tǒng)各單元對CODCr的降解比例見表2。

表2　各工藝單元降解CODCr的比例Tab.2　CODCrdegradation proportion of each process unit

由表2可知，AAO工藝對有機(jī)物的降解主要在缺氧和好氧單元，而OAO工藝的前端脫碳池則已經(jīng)降解了絕大部分有機(jī)物。此外，AAO工藝的出水CODCr平均濃度要低于OAO工藝，且波動(dòng)幅度較小。分析其原因是厭氧水解過程將廢水中的難降解有機(jī)物水解為易降解有機(jī)物，改善了廢水的可生化性，提高了難降解物質(zhì)的去除效率。當(dāng)提高CODCr負(fù)荷至0.39kg［CODCr］/（kg［MLSS］·d）時(shí)，2種工藝對CODCr去除效果趨于一致。由圖4還可知，繼續(xù)提高CODCr負(fù)荷至0.45kg［CODCr］/（kg［MLSS］·d）時(shí)，OAO系統(tǒng)出水CODCr平均濃度要低于AAO工藝。分析原因是在較高的有機(jī)負(fù)荷下，AAO工藝中的有機(jī)物不能得到充分降解，而OAO工藝的曝氣容積更大，更有利于廢水中大量有機(jī)物的充分降解，表現(xiàn)出更好的抗沖擊負(fù)荷能力［7-8］。

因此，有機(jī)負(fù)荷和廢水中難降解物質(zhì)比例是決定處理工藝對有機(jī)物去除效果優(yōu)劣的關(guān)鍵，AAO工藝對于難降解有機(jī)物的降解能力強(qiáng)于OAO工藝，OAO工藝的抗有機(jī)負(fù)荷沖擊能力強(qiáng)于AAO工藝。換言之，有機(jī)負(fù)荷低或難降解物質(zhì)比例高的廢水適合采用AAO工藝處理，有機(jī)負(fù)荷高或難降解物質(zhì)比例低的廢水適合采用OAO工藝處理。

2.3對氨氮的去除效果

AAO、OAO工藝出水氨氮濃度隨進(jìn)水氨氮負(fù)荷的變化情況見圖5。

圖5　出水氨氮濃度的變化情況Fig.5　Variation of eff1uent ammonia nirogen concentration

由圖5可知： ①當(dāng)進(jìn)水CODCr的質(zhì)量濃度為2 500～3 000mg/L，氨氮的質(zhì)量濃度低于100mg/L時(shí)，2種工藝的出水氨氮濃度均低于檢出限。②當(dāng)進(jìn)水CODCr的質(zhì)量濃度為3 000～3 800mg/L，氨氮的質(zhì)量濃度為150～180mg/L時(shí)，AAO工藝的氨氮平均去除率為73%，OAO工藝的氨氮平均去除率為91%，OAO工藝表現(xiàn)出較好的抗氨氮沖擊效果。分析原因是OAO工藝的曝氣池的池容更大，且OAO工藝前端的好氧脫碳池相較于AAO工藝前端的厭氧水解池提前去除了大部分有機(jī)物和酚氰類有毒物質(zhì)，從而更有利于后續(xù)好氧池中硝化菌群的競爭性生長。

有機(jī)物和氨氮的沖擊負(fù)荷均會對硝化反應(yīng)產(chǎn)生負(fù)面影響，導(dǎo)致氨氮去除率下降。分析其原因如下：①受有機(jī)負(fù)荷沖擊后，有機(jī)底物濃度提高導(dǎo)致異養(yǎng)菌大量繁殖成為優(yōu)勢菌群，抑制了自養(yǎng)型硝化菌群的生長。此外，進(jìn)水負(fù)荷的提高意味著更高濃度的酚、氰和多環(huán)芳烴類等對硝化菌有毒害作用的物質(zhì)的沖擊，不利于硝化反應(yīng)進(jìn)行。②受氨氮沖擊后，NH3和其代謝產(chǎn)物（NO3-、NO2-）在生化系統(tǒng)內(nèi)的積累會抑制硝化菌的硝化反應(yīng)。Richard等［9］研究表明，NH3對亞硝酸菌和硝酸菌的抑制質(zhì)量濃度分別為10～15、0.1～1.0mg/L。

2.4對總氮的去除效果

2.4.1低碳氮比進(jìn)水下的氮類物質(zhì)去除效果

本研究中，通過測定生化出水中總氮、凱氏氮和氨氮的含量來近似得出（亞）硝態(tài)氮和有機(jī)氮的含量。生化處理后的出水中，總氮以有機(jī)氮和無機(jī)氮2種形式存在，可將生化出水中凱氏氮和氨氮的差值近似看作為有機(jī)氮含量［10］。同時(shí)，通過測定發(fā)現(xiàn)生化出水中SCN-、CN-等濃度已經(jīng)很低，為便于統(tǒng)計(jì)分析，將生化出水中總氮和凱氏氮的差值近似看作為（亞）硝態(tài)氮的含量。

在低碳氮比（m（CODCr）/m（MLSS）均值為3.43）進(jìn)水下，CODCr平均質(zhì)量濃度為761.2mg/L，總氮平均質(zhì)量濃度為221.7mg/L時(shí)，AAO、OAO工藝出水中氮類物質(zhì)的濃度見表3。

表3　低碳氮比進(jìn)水下出水各氮類物質(zhì)的濃度Tab.3　Concentrations of nitrogenous substances in eff1uent water under 1ow C/N ratio inf1uent condition

由表3可知，雖然出水中氨氮和有機(jī)氮已經(jīng)被理想地去除，出水中（亞）硝態(tài)氮的濃度仍然很高，總氮的去除效果有限。因?yàn)樘荚吹娜狈ο拗屏朔聪趸磻?yīng)的進(jìn)行，進(jìn)水碳氮比是決定2種工藝總氮去除率的關(guān)鍵因素。

2.4.2進(jìn)水碳氮比對總氮去除率的影響

不同進(jìn)水碳氮比條件下2種工藝的總氮去除率變化趨勢見圖6、圖7。

圖6　不同碳氮比進(jìn)水下AAO工藝總氮去除率的變化趨勢Fig.6　Variation trend of tota1 nitrogen remova1 rate by AAO process under different C/N ratio inf1uent conditions

圖7　不同碳氮比進(jìn)水下OAO工藝總氮去除率的變化趨勢Fig.7　Variation trend of tota1 nitrogen remova1 rate by OAO process under different C/N ratio inf1uent conditions

由圖6、圖7可知：①進(jìn)水m（CODCr）/m（總氮）值小于6時(shí)，2種工藝限于反硝化碳源的不足，總氮去除率有限。AAO工藝的總氮去除效果優(yōu)于OAO工藝，這是因?yàn)镺AO工藝前端的好氧脫碳池加劇了后續(xù)反硝化碳源的不足。②進(jìn)水m（CODCr）/ m（總氮）值為15～20時(shí)，AAO工藝的總氮去除率達(dá)到80%，繼續(xù)提高進(jìn)水碳氮比，其總氮去除率趨于下降，分析原因是較高的有機(jī)負(fù)荷不利于硝化菌群的生長，從而抑制了硝化反應(yīng)的進(jìn)行。③進(jìn)水m（CODCr）/m（總氮）值為20～35時(shí)，OAO工藝的總氮去除效果優(yōu)于AAO工藝，基本維持了82%的總氮去除率，這得益于前端的好氧脫碳池大幅降解了高濃度的有機(jī)物和酚氰類物質(zhì)，促進(jìn)了硝化反應(yīng)的進(jìn)行。

因此，進(jìn)水碳氮比是決定2種工藝總氮去除效果的關(guān)鍵，碳氮比低（比值＜17）的廢水適合采用AAO工藝處理，碳氮比高（20＜比值＜35）的廢水適合采用OAO工藝處理。

3　結(jié)論

（1）AAO與OAO工藝均對焦化廢水表現(xiàn)出良好的有機(jī)物和氮類物質(zhì)去除效果。

（2）AAO工藝對難降解物質(zhì)表現(xiàn)出更好的降解效果，OAO工藝則表現(xiàn)出更好的抗沖擊負(fù)荷穩(wěn)定性。有機(jī)負(fù)荷和廢水中難降解物質(zhì)比例是決定2種工藝有機(jī)物去除效果的關(guān)鍵，有機(jī)負(fù)荷較低或難降解物質(zhì)比例高的廢水適合采用AAO工藝處理，有機(jī)負(fù)荷高或難降解物質(zhì)比例低的廢水適合采用OAO工藝處理。

（3）進(jìn)水碳氮比是決定2種工藝總氮去除效果的關(guān)鍵，碳氮比低的廢水適合采用AAO工藝處理，碳氮比高的廢水適合采用OAO工藝處理。

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Comparison between AAO and OAO processes for coking wastewater treatment

TANG Qing-quan1，WEI Hong-bin2，CHEN Liang-cai3
（1.Zhejiang Urban and Rural Planning Design Institute，Hangzhou 310007，China；2.School of Environmental Science and Engineering，Tongji University，Shanghai 200092，China；3.Shanghai Zhongyao Environment Protection Industry Co.，Ltd.，Shanghai 200092，China）

A comparative study on AAO process and OAO process was carried out，the effect of them on CODCr，ammonia nitrogen，tota1 nitrogen remova1 from coking wastewater at different organic 1oadings and carbonnitrogen ratios，were investigated.The test resu1ts showed that，both of AAO process and OAO process demonstrated good organic matters and nitrogenous matters remova1 efficiency for coking wastewater treatment，the proportion of the hard1y degradab1e substance and the carbon-nitrogen ratios determined treatment effects of the two processes.It was indicated that，AAO process was suitab1e for treatment of coking wastewater with high proportion hard1y degradab1e substance or 1ow carbon-nitrogen ratio；on contrary，OAO process was suitab1e for treatment of coking wastewater with 1ow proportion hard1y degradab1e substance or high carbon-nitrogen ratio.

coking wastewater；AAO process；OAO process；carbon-nitrogen ratio；hard1y degradab1e substance

X703.1；X784

A

1009-2455（2016）03-0031-05

湯清泉（1988-），男，江西贛州人，助理工程師，碩士，主要從事水處理研究工作，（電子信箱）826386392@qq.com。

2016-03-14（修回稿）