焦化廢水生物脫氮研究(中試)
中試馴化情況遠較小試復雜,，這可能受水質(zhì)、反應器流態(tài)及操作條件差異影響,。
中試采用連續(xù)馴化方式,，接種污泥取自寶鋼化工廠生產(chǎn)性焦化廢水處理裝置。由于原接種好氧污泥中NH3-N濃度很高,，盡管進水稀釋比達60%,，曝氣池中NH3-N濃度仍在200mg/L以上，同時可能由于接種污泥中殘留難降解物質(zhì)濃度較大,，馴化的第一周內(nèi),，硝化反應進展緩慢，出水中硝化產(chǎn)物很少。一周后出水中開始出現(xiàn)NO2,，并逐漸增多,，NO2-N濃度達到6mg/L左右，幾天后NO2-N逐漸減少,，NO3-N逐漸增多,，達到30mg/L以上，這時NH3-N去除率已達80%以上,。
這些現(xiàn)象是由于當時的機械故障所造成的污泥回流量少,，溶解氧偏低的影響，排除上述原因并增大稀釋比例后NO3-N升高,，但隨著稀釋比的減小，很快又出現(xiàn)了類似前一階段的情況,。
經(jīng)分析,，認為負荷提高過快會造成硝化菌的不適應。因此第三次調(diào)整時,，負荷提高較慢,，還適當加大了回流比，總回流比由原來的3增大到5,，以克服進水COD,、氨氮及難降解有機物的抑制作用。這次馴化得到了成功,，盡管后來稀釋比降低到30%,，卻再沒有出現(xiàn)類似前兩次的情況。
與硝化菌相比,，反硝化菌對環(huán)境的適應性較強,。一般情況下反硝化菌受焦化廢水中有毒物質(zhì)的抑制程度要比硝化菌小，因此硝化菌馴化的同時,，也可達到對反硝化菌馴化的目的,。廢水自身的有機物即可作為反硝化的電子供體，但在馴化初期,，最好能在系進水中加入少量易于利用的有機物如葡萄糖等,，這樣更有利于反硝化菌馴化的進行。
由于小試裝置小和機械攪拌速度不易控制,，馴化時表現(xiàn)的反硝化作用不甚明顯,。中試試驗時，隨著硝化反應過程的進行,，很快就可以觀察到缺氧段有氣泡產(chǎn)生,，隨后氣泡數(shù)量顯著增加，當缺氧段堿度較大時，產(chǎn)生的氣泡個體較大,，整個缺氧槽上部覆蓋著一層泡沫,，其厚度可達1～3cm。從缺氧段取混合液于量筒中沉降時,，可以觀察到污泥先下沉后浮起的典型的反硝化所造成的現(xiàn)象,。系統(tǒng)總氮到去除率最高時可達80%以上。
脫氮運行效果及其條件
經(jīng)過馴化后的硝化和反硝化菌,，已經(jīng)具有處理較高強度焦化廢水的能力,，當原水水質(zhì)波動不大時，只要滿足一定的操作條件,，系統(tǒng)可以取得滿意的脫氮效果,。
除了進水水質(zhì)外，系統(tǒng)的水力停留時間,、進水的稀釋比例,、曝氣池溶解氧濃度、pH值以及系統(tǒng)的回流比等均會對硝化效果產(chǎn)生影響,。系統(tǒng)總氮去除效果則直接決定于反硝化效果,。反硝化效果除了受DO、氧化還原電位等因素影響外,，主要由廢水中碳源的數(shù)量和質(zhì)量決定,。
雖然小試和中試水質(zhì)常規(guī)指標相差不太大，但其操作運行條年變化卻很大,，所得的脫氮效果也不同,。中試的水力停留時間較小試為長，回流比也有所提高,，脫氮效果相應提高,。
由于生物處理反應速率和毒物承受能力是有限度的，因此處理系統(tǒng)的穩(wěn)定性在遭受一定負荷沖擊后將受到影響,。中試試驗中曾進行過負荷沖擊試驗,，在對系統(tǒng)施行較長時間的NH3-H超負荷運行后，硝化反應逐漸減慢,，最后幾乎完全止,，需花費較長時間才能恢復，但恢復后有硝化菌仍能達到?jīng)_擊前的處理能力,。系統(tǒng)具有一定的緩沖能力,，可以承受短時間的高負荷沖擊分析和討論
(一)焦化廢水生物脫氮過程中的硝化反應：
硝化菌的馴化是硝化反應穩(wěn)定進行的前提。為了使硝化菌逐步適應高濃度焦化廢水環(huán)境,，馴化時應控制進水的稀釋比和NH3-N濃度,。以進水NH3-N為60～70mg/L為宜,，逐步減小稀釋比。此外,，控制較長的水力停留時間和污泥齡,，對硝化菌的馴化亦很重要。
硝化反應是系統(tǒng)運行控制的關(guān)鍵,，這不但因為硝化效果不好會造成出水NH3-N超標,，而且因為硝化不徹底會導致出水COD升高。NO2--N積累是焦化廢水脫氮過程中的通病,，許多研究者發(fā)現(xiàn)在進行焦化廢水脫氮時,，NO2--N經(jīng)常是主要的硝化產(chǎn)物，很多焦化廠在焦化廢水活性污泥法運行中也常會出現(xiàn)處理出水中NO2--N高達100～200mg/L的情況,。NO2-積累的根本原因在于亞硝酸菌與硝酸菌對于環(huán)境的適應能力及耐受毒物能力的差異,。亞硝酸菌具有較強的環(huán)境適應能力和抵抗毒物的能力，因此馴化時,，總是亞硝化反應首先出現(xiàn),，系統(tǒng)遭受沖擊時，則是硝酸菌的硝化反應先首受到影響,。
要避免NO2-積累現(xiàn)象的出現(xiàn)，除了需要有科學的馴化方法,，合適的操作運行條件外,，防止廢水水質(zhì)過大的波動和長時間的沖擊十分重要。
一般認為硝化反應需要在偏堿環(huán)境中進行,，即pH值最好在7.5～8.5之間,，但中試試驗中曝氣池pH值一般控制在7.0左右，經(jīng)常在7.0以下,，仍取得了很好的硝化效果,，pH值最低果曾降到6.0左右，也未對硝化進程產(chǎn)生不良影響,。在低pH值條件下運行不但可以節(jié)約耗堿量,，同時還可以減少曝氣池泡沫的產(chǎn)生，這對于表曝系統(tǒng)尤不重要,。
(二)反硝化與脫氮效果
雖然我國目前尚未將NO3--列為控制指標,，但是NO3--對環(huán)境的危害不容忽視，一些發(fā)達國家已經(jīng)對進入清潔水體的廢水NO3--實行了嚴格控制,。
為了取得較好的總氮去除效果,，必須使反硝化反應進行徹底。一般認為反硝化反應徹底與否由原水中C/N比例大小決定,。從理論上分析進水COD/TKN達到3左右即可滿足反硝化對碳源的要求,，實用中則常認為COD/TKN應大于8,，可見關(guān)鍵在于充分利用已有碳源，提高反硝化效率,。焦化廢水中有機物生物降解性能差,，碳源不易被利用，甚至具有一定的生物毒性,，大大制約了反硝化菌活性的充分發(fā)揮,。
厭氧預處理可以改變有機物結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，因此雖然本研究中原水的COD/TKN比值僅為5.5,，卻取得了75%以上的總氮去除效果,。試驗還表明，在進水C/N比相差不太大的情況下,，總氮去除率最高時可達96%,，而較差時僅為52%，這說明反硝化菌的活性起很大作用,。采取某些強化措施,，對原水適當稀釋，創(chuàng)造良好的反硝化環(huán)境都可以使反硝化菌保持較高的活性,，從而達到較好的總氮去除效果,。
(三)通過控制硝化過程改變脫氮途徑
鑒于焦化廢水脫氮過程中經(jīng)常出現(xiàn)的NO2-積累和反硝化過程碳源不足現(xiàn)象，如果人為加以引導,，使硝化反應以產(chǎn)生NO2-作為終點,，而將脫氮途徑改變?yōu)椋?/p>
NH3 硝化 NO2- 反硝化 N2 ,這可能會使脫氮工藝發(fā)生一場變革。傳統(tǒng)的脫氮途徑可用以下化學反應方程式表示：硝化：
2NH4++3O2 2NO2-+4H++2H2O (1) 2NO2-+O2 2NO3- (2)
反硝化：
C6H5OH+9.33OH2-+1.67H2O 9.33OH-+6CO2+ 4.67N2 (3)
C6H5OH+5.6NO3- 5.6OH- +6CO2+0.4H2O +2.8N2 (4) 2NH4++3O2
2NO2-+4H++2H2O (1) 2NO2-+O2 2NO3- (2)
(4)結(jié) 論
1. 硝化是焦化廢水生物脫氮過程的關(guān)鍵,，硝化菌的馴化則是硝化反應穩(wěn)定發(fā)展的前提,，要在較短的時間內(nèi)完成硝化菌的馴化工作，重要的是防止廢水中高濃度有機物及NH3對硝化菌的抑制,。
2. 在進行焦化廢水生物處理和其它有毒廢水的生物處理時,，連續(xù)式馴化方法優(yōu)于間歇馴化方法。
3. 經(jīng)過馴化的硝化菌可以在較低pH值(如6.4～7.2)條件下良好生存,，這有利于減少高濃度含氮廢水硝化耗堿量,。
4. 在水質(zhì)波不大并滿足一定的操作運行條件下，系統(tǒng)可以取得98%～99%的硝化和75%以上的脫氮效果,。系統(tǒng)可以耐受短期的高濃度NH3-H沖擊,，但如果出現(xiàn)長時間NH3-H超負荷運行，將導致硝化系統(tǒng)失穩(wěn),。
5. 反硝化效果的好壞決定著系統(tǒng)脫氮效率的高低,。采取厭氧預處理方法，維持一定的稀釋比和創(chuàng)造良好的反硝化環(huán)境可以使反硝化菌保持較高的活性,，以達到較好的脫氮效果,。
6. 以亞硝酸作為硝化終產(chǎn)物的不完全硝化脫氮系統(tǒng)將是一條富有吸引力的焦化廢水生物脫氮途徑,，值得進上步研究。
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