（环境工程专业论文）baf厌氧污泥组合工艺焦化废水脱氮.pdf

南京理工大学硕上论文b a f + 厌氧污泥组台工艺焦化废水脱氲 摘要 目前，在焦化废水处理中，活性污泥法一直处于主导地位，但随着新型滤料的开 发，生物膜技术得以迅速发展。试验采用b a f + 厌氧污泥组合工艺的处理焦化废水， 从曝气量、温度、p h 及迸水氨氮浓度等方面研究该工艺的脱氮性能。 用p y c 强化挂膜滤料作为填料，维持曝气量为o ，2 0 l m i n ，2 5 对b a f 挂膜试 验，发现p y c 强化挂膜滤料易于挂膜。用硝化污泥闷曝5 天后，正常运行1 0 天后， 挂膜成功；用焦化废水驯化1 3 天后，去除率一直维持之9 8 以上。在b a f 的挂膜 驯化初期出现了亚硝酸盐的积累，随着时间推移弧硝酸盐在硝化产物中的优势逐渐减 弱。 b a f 的在曝气量大于0 2 5 l m i n ，温度在2 0 3 5 。c ，p h 在6 5 9 0 的都有较高的 硝化速率；反冲洗对b a f 中亚硝酸盐积累的影响最大，从亚硝酸盐积累及硝化反应速 率综合考虑，b a f 的运行参数：曝气量0 2 5 l m i n ，温度t = 2 0 ，p h = 8 0 ，停留时间 4 、温度t = 3 0 、p h = 8 0 ，停留时间h r t 2 h ，出水 n o x - n 2 m g l 。 关键词：b a f + 厌氧污泥组合工艺；焦化废水；生物脱氮：亚硝酸盐积累：短程 硝化反硝化 南京埋工人学颂上论文b a f + 厌氧污泥组合t 岂焦化坡水脱氮 a b s t r a c t a tp r e s e n t ，a c t i v e ds l u d g et a k e sa nd o m i n a n tp a r ti nt h ed e a l i n gw i t ht h ec o k e - p l a n t w a s t e w a t e r b u ta l o n gw i t ht h ee x p l o i t a t i o no fn e wt y p ef i l l i n g ，t e c h n o l o g yo fb i o f i l mi s d e v e l o p i n gr a p i d l y i nt h i sp a p e rw e u s ec o n b i n e db a fa n da n a e r o b i cs l u d g es y s t e mt od e a l w i t ht h e c o k e - p l a n tw a s t e w a t e r w er e s e a r c ht h ec a p a b i l i t yo f b i o - - d e n i f i e a t i o nf r o m a e r a t i o nf l o w ，t e m p e r a t u r e ，p h , c o n c e n t r a t i o no f n i - 1 3 - na n ds o0 n w eu s ep y ca st h ef i l l i n gt oh a n gb i o m e m b r a n c e i nt h i sp r o c e s s ，w em a i n t a i nt h e a e r a t i o nf l o wi n0 2 0 l r a i na n dt h et e m p e r a t u r ei n2 5 c w ef i n dt h a tt h ep y cf i l l i n gi s e a s yt oh a n gb i o m e m b r a n c e a f t e ru s i n g n o t r i f i e rs l u d g et oa e r a t e5 da n dr u n n i n g 1 0 d , h a n g i n gb i o m e m b r a n c ei ss u c c e s s f u l a f t e ru s i n gc o k e - p l a n tw a s t e w a t e rt od o m e s t i c a t e l3d t h er e m o v a lo f n h 3 - ni nc o k e p l a n tw a s t e w a t e rm a i n t a i na b o v e9 8 i nt h eb e g i n n i n g o ft h eh a n g i n gb i o m e m b r a n c ea n dd o m e s t i c a t i o n ，w ef i n do b v i o u sn 0 2 一a c c u m u l a t i o n b u t t h ep r e d o m i n a n c eo f n 0 2 i sw e a k e n i n g 、析t 1 1t h et i m e i nt h er e s e a r c h ，w ef i n dt h a tt h eb a fh a sh i 曲n i t r i f i e dr a t ei nt h ea e r a t i o nf l o w a b o v e0 2 5 l m i na n dt h et e m p e r a t u r ef r o m2 0 ct o3 5 ca n dp hf r o m6 0t o9 0 b a c k w a s ht a k e sa nm o s ti m p o r t a n c ep a r ti nt h en 0 2 a c c u m u l a t i o n c o n n e c t i n gw i t ht h en 0 2 a c c u m u l a t i o na n dn i t r i f i e de f f l u e n t ，t h er u np a r a m e t e ri st h a tt h ea e r a t i o nf l o wi s o 2 5 l m i na n dt = 2 0 。ca n df h = 8 0a n dh r t 4 a n dt = 3 0 a n dd h = 8 0a n dh r t 2 h k e y w a r d ：c o n b i n e db a fa n da n a e r o b i cs l u d g es y s t e m ；c o k e z p l a n tw a s t e w a t e r ； b i o d e n i f i c a t i o n ；n 0 2 a c c u m u l a t i o n ；s h o r t c u tn i t r i f i c a t i o n d e n i t r i f i c a t i o n 声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在 本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发 表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学 历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均 已在论文中作了明确的说明。 研究生签名： 盔经砌f 年石月多日 ，学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅 或上网公布本学位论文的全部或部分内容，可以向有关部门或机构送 交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的全部或部分内容。对 于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。 研究生签名：盔丝砌上年石月扣日 南京理t 大学硕士论文1 3 a f + 厌吼污泥组台工艺焦化破水脱氮 l 绪论 1 1 焦化废水的产生及其组成 焦化废水是煤高温干馏、煤气净化以及化工产品精制过程中所产生的废水，其主 要来源有三：一是剩余氨水，它是煤干馏及煤气冷却过程产生的废水( 约占焦化废水 总量一半咀上，是氨氮主要来源) ；二是煤气净化过程产生的废水，如煤气终冷废水 和粗苯分离水等；三是焦油、粗苯等精制过程产生的废水。 煤焦油、荒煤气等煤的干馏产物具有上万种组分，这众多组分均会以不同的溶解 度转入焦化废水中，故焦化废水的组分比较复杂，c o d c r 、n h 3 n 浓度较高。无机化 合物主要含有大量硫氰化物、硫化物、氰化物硅、钙、铁、硼、镁、钾、钠、锗等。 有机物成分复杂，组分秕类繁多，且污染物浓度高。废水中浓度大于1 “g l 的有机物 就有近千种，其中既有大量的酚、甲酚、荼酚等酸性有机物，又有吡啶、苯胺、喹啉、 咔唑等碱性含氮有机物，同时含有大量芳烃及诸如b a p 等稠环芳烃( p a h ) 【l l 。 1 2 焦化废水的水量、水质特点 焦化废水的水质因各厂工艺流程和生产操作方式不同而差异很大。国内部分焦化 厂废水组成如表1 1 所示： 表1 1国内部分焦化厂废水组成( 2 】 从表1 1 中可看出焦化废水的水质特点可概括为高c o d c r 值、高酚值、高氨氮量、 高氰化物值；水质变化幅度大；c 肘比较低；缺少磷等营养物质微生物营养不足；废 水毒性大，有的甚至在废水中的浓度达到微生物可以忍受的极限。 焦化废水的排放量大，一吨焦用水大于2 5 t 1 3 1 ，全国机焦产量为7 1 0 8 t ，将产生 废水1 7 5 x 1 0 9 t ，直接排放将对环境造成较大的污染。 南京理丁大学硕j ：论史b a f 十厌筑污泥组合工岂焦化废水脱氯 1 3 国内外焦化废水处理现状 焦化废水生物脱氨技术于2 0 世纪7 0 年代在加拿大开始实验室试验，2 0 世纪8 0 年代 英国b s c 公司首先投入生产应用，随后法国的l o r f o n t 、德国的k a l s e r s m h l 以及澳大利 亚n e ws o u t hw a l e s 焦化厂的生物脱氮装置相继投产。 2 0 世纪8 0 年代，我国开始了焦化废水脱氮技术的研究与开发，至9 0 年代，宝钢、 鞍钢等大型钢铁公司焦化厂先后实施了焦化废水生物脱氮工程并取得了较好的效果， 标志着我国焦化废水生物脱氮技术已比较成熟并进入生产应用阶段。 1 3 1 国内焦化废水处理现状 作为较难生化降解的高浓度有机工业废水，焦化废水的处理一直是废水处理领域 的一大难题，几十年来尚未出现突破性的研究成果。根据1 9 9 7 年国内对冶金企业的 统计 4 1 ，生化出水含酚_ l m g l 的企业占调查企业总数的8 8 9 6 3 ；氰化物含量 1 0 5 m g l 的生化处理设旌占总数的7 4 9 6 ；c o d e r 含量 _ _ 5 2 0 0 m g l 的生化设施仅 占总数的4 5 1 7 2 。焦化废水生化处理对于挥发酚及氰化物去除率较高，特别是 挥发酚去除率都在9 0 以上，大部分达到9 9 ：氰化物去除率一般也在9 0 以上； 而生化出水的c o d c r 含量均很高，大部分企业不达标，去除率般在8 0 以下；n h 3 。n 的浓度含量就更高，去除率最高只有6 5 ，一般在1 8 7 3 1 8 左右。 目前，国内用于去除焦化废水中c o d c r 和n h 3 - n 的方法主要是生物法【5 l ，其中 又以普通活性污泥法为主。普通活性污泥法可以高效地去除焦化废水中的酚、氰类类 物质，但对难生物降解有机物及n h 3 n 的去除效果较差，难以达标排放。 活性污泥法、厌氧( a ) 和好氧( o ) 的各种生物处理组合工艺在实际工程应用 中所占比例如图1 2 1 所示【引。 圈话性污泥法s o g e la i - a 2 - - 0 - f 艺2 5 跖 a - o - o _ z 艺1 2 5 a - 0 - v 艺1 2 5 跖 图1 2 1 活性污泥法及厌氧、好氧组合工艺在工程中所占比例 从图1 2 1 可以看出，活性污泥法在焦化废水处理中占很大的比例( 5 0 左右) ，这 南京删工大学倾k 论文b a f + 厌就污泥纽台_ r = 艺焦化泼水脱玉【 是由于各单位受各种条件限制，未对早期的工艺进行改造。活性污泥法包括生物铁法、 活性炭粉末法以及在曝气池添加填料等改进活性污泥法，而a 1 a 2 o 工艺绝大多数仅 停留在中试阶段，所以，要使a 1 a 2 o 工艺成为一种有效处理焦化废水的成熟技术， 尚有许多工作要做。 1 3 2 国外焦化废水处理现状 在焦化废水处理中，生物活性污泥法是一个比较普遍有效的方法。由于国内外对 此项技术研究和改进得比较多，不同国家有自己的特点，操作、运行、测试和控制等 技术也更多地向节能、高效和技术密集方向发展。综台看起来，国外总的治理水平与 国内基本一致。 美国 7 9 1 美钢联的加里公司炼焦厂的废水处理系统包括：脱焦油设备、废水调整 贮存设备、游离蒸氨系统、后蒸氨调整槽、活性污泥系统以及污泥脱水系统，其中活 性污泥系统采用了一种新型的攘体性净化系统集成式活性污泥系统。 目前，在欧洲 7 叫，大部分焦化厂处理焦化废水最普遍的方法包括有去除悬浮物 ( 包括油和焦油) 的预处理，焦化废水除氮的常规方法在今后一段时间仍将以蒸汽气提 法为主，在脱氮的碱性药物选择上，一般使用石灰或氢氧化钠。去除酚硫氰化物和硫 代硫酸盐的生物氧化法，在某些情况下则采用后处理方法对污水做排放前的最后深度 处理。 总之，环境问题是全世界都关心的问题，焦化废水生化治理又是全世界都关注的 领域，它的突破将对环保事业作出特殊的贡献。 1 4 氨氮的危害性 随着国民经济的发展，焦化工业生产规模不断壮大，目前我国已有各种规模的焦 化厂数百家，普遍生物法处理后出水中的氨氮和c o d c r 排放远远不能达标，带来了 严重的环境问题。 水体中氨氮的危害性10 】：( 1 ) 水体中氨氮含量过高，引起某些藻类的恶性繁殖， 从而造成水体的富营养化；( 2 ) l m g 氨氮氧化成硝态氮要消耗4 6 m g 溶解氧，水体中 氨氮含量越高，耗去的溶解氧越高，水体中黑臭现象越发严重，从而降低了水体的观 赏价值；( 3 ) 当水体中p h 值较高时，氨态氮往往呈游离氨的形式存在，游离氨对水 体中的鱼及水生物皆有毒害作用，同时也危害了人类的生存。 随着人们环保意识的增强，我国逐步加大了污染控制的力度，制定了更加严格的 排放标准，1 9 9 6 年颁布的污水综合排放标准( g b 8 9 7 8 9 6 ) 第二类污染物最高允 南京理t 大学硕j 一论文 b a f + 段毓污泥组合工圭三焦化睃水脱氮 许排放标准中，对焦化厂排放污水水质标准提出了较高的要求，一级标准： n h 3 一n 1 5 m g l ，c o d c r 5 _ l o o m g l ；二级标准：n 如一n _ 2 5 m g l ，c o d c r e l 5 0 m g l 。 1 5 焦化废水生物脱氮工艺研究进展1 1 卜1 5 1 针对焦化废水中的c o d c r 及n h 3 - n 的去除效果较差，难以达到排放处理，国内 外研究者从改造现有生化设施及开发新工艺两方面着手进行了大量地研究工作。主要 有生物强化技术、厌氧( a ) 和好氧( o ) 的各种生物处理组合工艺、s b r 法等。 1 5 1 生物强化技术 生物强化技术( b i o a u g m e n t a t i o n ) ，早在2 0 世纪7 0 年代国外研究者提出。所谓的生 物强化技术，就是为了提高废水处理系统的处理能力而向该系统中投加从自然界中筛 选的优势菌种或通过基因组合技术产生的高效菌种，以去除某一种或某一类有害物质 的方法。针对目前我国焦化废水处理现状，将生物强化技术与普通生化工艺相结合， 无疑是一个比较实用的思路。 实施生物强化技术可通过3 条途径【9 】：投加有效降解的微生物；优化现有处理系 统的营养供给添加基质( 底物) 类似物来刺激微生物生物生长或提高其活力；投加遗传 工程菌( g e m ) 。针对焦化废水而言，主要通过投加高效菌种、添加剂法( 如生物铁法、 投加生长素法) 、活性碳粉末( p a c t 工艺) 等 上海某环保公司在台湾某公司帮助下，于1 9 9 7 至1 9 9 8 年先后在上海、杭州两焦化 厂投加h s b ( 高效茵群) 进行模拟试验，脱氮效果较好 z 6 1 o 1 5 2 0 a - o 工艺 o a o s e 艺是最先开发的生物脱氮工艺，在第一个o 段完成有机物的去除和氨氮 的硝化，在a 段进行脱氮反硝化，为了满足脱氮所需的c n t b 要求，通常需向a 段中投 加甲醇等有机物。同时，为进一步去除废水中的有机物和去除a 段中投加的有机物， 增设了第二个o 段。最初的o - a o i 艺均采用悬浮污泥法，但构筑物较多。该工艺虽 可达到与预期的处理效果，但由于占地面积大，投资及操作费用高，故未能应用于焦 化废水处理的工业装置中。 1 5 3a o 工艺( 缺氧一好氧) a o 处理工艺的实验室研究始于2 0 世纪8 0 年代末，鞍山焦耐院与有关单位合 作分别于1 9 8 9 年和1 9 9 1 年完成了生物脱氮处理工程的小试和工业应用试验，并于 1 9 9 3 年设计了处理规模为6 0 0 0 m a d 的废水处理设施，于1 9 9 4 年开始了投产运行。 刘柒变等 1 认为a os e 艺处理焦化废水，硝化过程的p h 为8 9 ，反硝化过程 4 南京理丁大学颂一：论文b a f + 厌氧污泥组合工艺焦化废水脱氨 的p h 为7 5 8 5 ，操作温度小于3 8 。c ，o n 比大于2 8 6 ，适当延长污泥龄等，有利 于脱除氨氮。 谭智等【l8 】利用活性污泥a o 工艺对焦化废水进行生物脱氮实验表明：n h 3 一n 的 去除效率与负荷有关，在硝化反应器负荷o 0 7 6 k g n h 3 - n ( k g m l s s t d ) 条件下，硝化 率为9 5 5 3 ，系统脱氮率6 5 左右。处理水中n h 3 n 浓度符合规定的排放标准。 杨玉昌等【1 9 】对昆明焦化制气厂原有活性污泥工艺进行改造并与f r o 工艺相结合， 出水c o d e ，氨氮达到排放标准。 合肥钢铁集团公司焦化厂1 9 9 9 年建成一处理能力6 0 m 3 h 的处理站，该站采用较 成熟的a o 工艺，经过两年的驯化、调试、和改造，出水c o d c r 8 0 1 5 0 m g l ，酚 o 4 m g l ，氨氮 1 5 m g l ，氰 o 5 m g l ，达到设计要求i 2 0 j 。 安阳钢铁厂1 9 9 7 年采用a o 工艺处理焦化废水出水除c o d e r 值较高外，氨氮等 其余指标均达到g b l 3 4 5 6 9 2 标准中的一级标准叫1 。 1 5 4a 2 o 工艺 a 2 o 法是在a o 的基础上改进而发展起来的工艺。在a o 法中增加一个厌氧段， 由于酸化( 厌氧) 作用将一部分难降解的有机物转化为易降解的有机物，提高了可生 化性，为缺氧段提供了较好的碳源，为下一步好氧处理创造条件。y m l i 2 2 1 认为a 2 o 工艺对焦化废水得去除效果优于a j o 。 王喜全吲采用a 2 o 流程，处理焦化厂生物脱酚后的污水，实验表明：可去除7 0 以上的矿物油及总氮，c o d c ，、氨氮、b o d 5 的去除率达9 0 以上，酚的去除率 可达1 0 0 。 南昌钢铁有限责任公司焦化厂将老工艺( a j o 工艺) 改造成a 2 o 工艺后，处理 出水可达或优于g b l 3 5 6 - 9 2 中二级排放标准 2 4 1 。 李亚新等【2 5 】认为：目前a 2 o 处理焦化废水c o d c ，和n h 3 - n 很难同时达标，主 要原因是：其一，由于0 段迸水c o d c r 浓度较高，且含有生物抑制性有机物，抑制 了硝化茵的活性，使n h 3 - n 很难达标；其二，由于焦化废水n h 3 - n 浓度较高，进水 中可生物降解c o d c r 浓度较低，在缺氧段反硝化碳源有机物严重不足。他们采用厌 氧( 水解酸化卜一缺氧反硝化一一级好氧一二级好采用厌氧( 水解酸化卜一缺氧反硝化一 一级好氧一二级好氧工艺流程( a 2 ，0 2 ) 对太原煤气化公司的焦化废水进行了处理研究， 处理出水c o d c ，和n h 3 - n 可以同时达到国家一级排放标淮。但是工艺流程较长，运 行时占地多，能耗大。 南京理工大学彤 上论文 b a f + 发氧污泥组含 ：艺焦化跋水脱氯 杨天旺等1 2 6 用a 2 o 工艺结合流化床技术对攀钢高浓度焦化废水进行n h 3 n 、 c o d c ，降解的中试试验。试验结果表明：当进水n h 3 - n 5 0 0 m g l 、c o d c r 5 8 5 6 o 9 4 。1 8 t m 3 1 4 2 3 6 1 4 2 不含对人体有害的微量元素 典质1 0 1 级为流行性碳的1 0 2 6 5 - 9 0 2 0 - 3 0 p y c 强化挂膜滤料技术指标陶粒具有比表面积大、孔隙率高、表面粗糙、生物 亲和性好、稳定性高、不易生物降解、质轻等突出优点，能够促进了固定化生物膜的 形成、繁殖和更新脱落，适用于作b a f 的载体。 3 3 3b a f 的构造 滤池的结构如图3 3 1 。 南京理工大学硕l 二论文b a f + 跃钒污泥纽合工艺熊化废水脱氮 说明：i 高位水箱：2 工艺用气；3 反冲洗用气；4 排泥口，也作为反冲洗进水口；5 循环泵： 6 p h 计；7 温度控制仪；8 反冲洗出水1 ：3 ；14 9 4 为取样口，其中1 。取样口也作为出水口及反冲 洗进水1 3 ，4 4 取样口作为下层滤料反冲洗出水1 3 。 图3 3 1b a f 的结构酗 图3 3 1 中，滤池采用的有机硬质塑料做成，直径为8 5 m m ，高为7 2 0 m m 。滤池 由污泥斗、下层填料层、中间层、上层填料层、出水区五部分组成。b a f 采用间歇 的运行方式。在4 污泥排放口、8 反冲洗出水口及所有的取样口关闭的情况下，废水 由高位水箱，由底部进入b a f 池，当池体充满时停止进水( 在进水的过程中曝气装 置2 曝气，曝气装置3 停止曝气) ，污水经池顶的出水堰，由循环泵从底部回流，改 善了滤池中的传质条件，加大了对滤料表面的冲刷，有利于膜的更新和有机物的去除， 同时回流水携带着溶解氧给下层供氧。 运行一段时间后，由于滤池中生物膜的更新脱落，影响了滤池的正常运行，故每 隔一段时间要对滤池进j 亍反冲洗。反冲洗分两个阶段：( 1 ) 下层滤料反冲洗，开曝气 装置3 ，由14 口进水，4 “出水，其它阀门关闭；( 2 ) 下层滤料反冲洗，开曝气装黄2 和曝气装置3 ，由l4 口进水，反冲洗出水口8 出水，其它阀门关闭。 在循环泵的作用下，整个反应器可看作一个完全混合系统。从池内的水的流态来 看属上流式运行的b a f 。王晓阳等【6 0 l 对上流式与下流曝气生物滤池对比实验：上流 式曝气生物滤池在随s s 、c o d c ，、n h 3 一n 的去除效果均明显优于下流式曝气生物滤 南京理_ t 大学碰! 上论文b a f + 厌氧污泥组台工艺傅化废水脱氯 池。 滤池上下两填料层，下层由5 6 c m 的承托层( 采用粒径由粗到细的卵石) 和8 c m 填料层( 采用粒径3 5 m m p y c 强化挂膜滤料) 组成，下室由采5 6 c m 的承托层( 采 用粒径由粗到细的卵石) 和1 8 c m 高填料层( 采用粒径3 8 m m p y c 强化挂膜滤料) 组成。功能特点是：下层滤料主要实现过截留水中的的s s ，减小运行阻力、脱碳和 部分硝化功能；上层滤料主要实现硝化功能。 3 3 4 厌氧反硝他系统 厌氧反硝化系统由厌氧污泥池和搅拌器组成。该工艺采用间歇的运行方式，将硝 化反应出水，调节适当的营养比例，缓慢的加入厌氧污泥池中并启动搅拌器，调节温 度、p h 至反硝化最佳的条件下，反应结束后，沉淀3 0 m i n ，排出上清液。 i 订京理工人学硕士论文 b a f + 厌晕l 污泥纽台工艺焦化废水脱氮 4 污泥的驯化与培养 系统正常运行的关键是脱氮细菌的培养与驯化，为了使各类脱氮细菌能够适应高 浓度高毒性的焦化废水环境，在系统运行前对好氧硝化细菌和缺氧反硝化细菌进行培 养与驯化，使它们成为活性细菌中的优势菌种。由于焦化废水中含有大量的芳香烃类、 杂环类化合物和高浓度氨氮，对一般的自养硝化菌都有很强的毒性，未经驯化的硝化 细菌几乎无法在焦化废水中生存。 实验中将硝化细菌先在没有抑制作用的条件下富集，适应高浓度的氨氮，进一步 在适应焦化废水，这样可以减少驯化及培养时间。反硝化细菌对环境的适应能力、生 长和繁殖能力更强，一般情况下反硝化细菌受焦化废水的抑制程度要比硝化菌小，硝 化细菌驯化完成后再进行反硝化菌的驯化。 4 1 硝化细菌的培养驯化 4 1 1 培养基及其培养方法 传统的理论认为硝化细菌是一类化能自养细菌，包括亚硝化菌和硝化菌两个生理 菌群，一般的种类不能在有机培养基上生长，对营养的要求专一性很强，因此传统都 是使用无机培养基，也有研究表明【6 1 1 虽然硝化细菌是自养细菌，但是其在自身细胞增 殖的过程中也需要有机物的存在，在纯无机的环境中很难生长。实验考虑到焦化废水 属于有机废水，其中含有的c o d c r 很高，选用有机培养基更接近实际废水。因此在 本实验中选用有机培养作为最终的细菌培养方法。 硝化细菌有机培养基( 模拟废水) ：n h 4 c 10 5 1 5 9 ，葡萄糖o 3 o 5 9 ，n a h c 0 3 2 5 9 ，k 2 h p 0 40 5 9 ，溶于1 0 l 水中。用5 e e l 的n a 2 c 0 3 调节p h = 8 0 左右，加入适量 的f e ，m g ，c a 等微量元素。 焦化废水：焦化废水o 5 l 1 l ，i 2 h p 0 4o 5 9 ，n a h c 0 32 5 9 。用5 9 l n a 2 c 0 3 调节p h = 8 0 左右，加入适量的f e ，m g ，c a 等微量元素。 实验采用间歇运行模式，对硝化细菌富集培养研究。通过控制进水氨氮浓度、培 养装置内的温度和p h 值等，为硝化菌的生长提供最佳条件，同时尽量抑制其它杂菌 的生长，以达到富集硝化菌的目的。 4 1 2 硝化细菌的鉴别 硝化细菌和亚硝化细菌都是好氧自养菌，只有在溶解氧足够的条件下才能生长。 硝化细菌和亚硝化细菌的特征基本相似，但亚硝化细菌的生长速率较快、生长时 代周期短，较易适应水质水量的变化和其它不利环境条件。但水质水量的变化或出现 2 l 南京理工大学硕i j 论文b a f + 厌钮污泥组含二= 岂臻化废水脱氨 不利环境条件较易影响硝化细菌的生长，因而当硝化细菌受到抑制时易在硝化过程中 发生n 0 2 的积累问题。其基本特征见下表4 1 。 表4 1 两种细菌的性状【4 2 】 4 1 3 硝化细菌的培养及驯化 实验条件：温度t = 3 0 。c ，p h = 8 0 ，曝气量q = 0 4 l m i n 。 污泥来源：采用在0 。c 下冷藏的硝化污泥。 驯化分两个阶段：首先利用模拟废水驯化，使活性细菌具有脱除高浓度氨氮的能 力，在模拟废水驯化过程中，停留时间为2 3 h ，逐步提高进水氨氮浓度：其次在硝化 污泥适应高浓度氨氮后，逐渐改变进水的组成，提高焦化废水在进水重的比例，使污 泥逐步适应焦化废水的毒性物质后，减小停留时间提高硝化速率。 实验中模拟废水运行1 2 d 后，改变废水组成，使焦化废水与模拟废水的比例为1 ：1 ， 1 6 d 后全部使用焦化废水，1 9 d 后将停留时间改为l l h ，实验结果如图4 1 1 。 由图4 1 1 可见冷藏的污泥，经过一天曝气后又恢复了较高的活性，整个驯化过 程中，硝化污泥对不同n h 3 - n 浓度焦化废水具有较强的适应性，对n h 3 一n 具有较高 的去除率，出水n h 3 - n l , 5 ，达到国家一级排放标准。 南京耻丁大学硕 ：论文b a f + 厌毹污泥组台t 艺焦化废水聪二i l 图4 1 1 硝化污泥的培养驯化曲线 图4 1 2 反映了在硝化污泥的培养驯化期间，硝化速率的变化，驯化后活性污泥 能够适应焦化废水的毒性，驯化2 0 d 后硝化速率高达2 5 m g ( l _ h ) ，可见经过两步的驯 化培养，硝化细菌驯化阶段结束，硝化细菌已经富集培养成熟，可以用于下一步实验 脱氮研究。 3 0 车2 j 靠2 0 j l j ；| 卜 型1 0 器5 0 时间( d ) 图4 1 2 硝化速率曲线 4 1 4 污泥硝化性能的研究 实验条件：进水采用焦化废水，温度t = 3 0 c ，p h = 8 0 。每隔1 5 h 取样，污泥 硝化性能如图4 2 3 。 铷瑚瑚瑚啪m。如o 1昏s削聪蝻蝻 柯京理r 人学硕i ：论文b a f + 厌轼污泥组合工艺焦化墩水脱氯 0l534 567 591 0 51 2 时闻( h ) 图4 1 3 硝化过程中氨氮随时间的变化曲线 从图4 1 3 可知，驯化好的硝化污泥具有较好的硝化性能，进水后，由于污泥的 吸附作用，进水n h 3 - n 瞬时下降，以后硝化速率基本稳定，在反应时间达l l h 时出 水水质达到国家一级标准。 4 2 反硝化污泥的驯化与培养 4 2 1 培养基及培养方法 反硝化细菌培养基( 模拟废水) ：k n 0 3 0 5 2 0 9 ，葡萄糖0 5 2 5 9 ，n a h c 0 3 2 5 g ，k z h p 0 4 0 5g ，溶于1 o l 水中。用5 9 l n a 2 c 0 3 调节p h = 7 5 左右，j n a 适量的f e ， m g ，c a 等微量元素。 反硝化焦化废水：取上述实验焦化废水硝化反应后的出水，加入葡萄糖，k 2 h p 0 4 ， 使焦化废水反硝化培养基中葡萄糖为o 5 2 5 9 ，l 、k 2 h p 0 4 0 5 9 l 。 反硝化细菌的培养采用序批式，先用普通培养基驯化培养大量反硝化细菌，然后 为了增强反硝化细菌对于焦化废水的适应性，把硝化反应后的焦化培养基加入反硝化 反应器中继续进行反硝化作用。 4 2 2 反硝化细菌的的培养及驯化 用普通培养基培养成熟的反硝化污泥呈灰褐色，污泥外观为絮状或颗粒状，有较 大的表面积和吸附能力。与硝化细菌相比，反硝化细菌生长较快，培养所需时间较短， 1 0 1 2 d 即可培养成功。反硝化污泥静置沉降后有时会有上浮现象，污泥呈大团块上 升。这是因为反硝化产生的气体未能及时释出，污泥中未降解有机物( 反硝化富集培 养基中的有机物) 浓度高，有较强粘性，因而造成污泥上升现象。这也是反硝化污泥 的特有现象【6 2 1 。 蜘 抛 狮 啪瑚 卯 o 1嚼iciiu毯聪腻蛹 南京理工大学硕一i ：论立 b a f + 厌氧污泥组合工艺焦化废水脱氯 用反硝化细菌普通培养基驯化培养成熟后，再用焦化废水硝化出水驯化。驯化成 熟的污泥由于吸收了焦化废水的颜色而呈黄褐色，污泥外观为絮状或颗粒状。 实验条件：温度t = 3 0 * c ，p h = 7 5 8 0 ，投加足够的葡萄糖作为有机碳源。 污泥来源：采用在o 下冷藏的反硝化污泥。 驯化分两个阶段，首先利用模拟废水驯化，恢复厌氧反硝化污泥的反硝化活性， 在模拟废水驯化过程中，停留时间为5 5 h ，逐步提高进水n 0 3 - n 浓度。其次在反硝 化污泥适应高浓度n 0 3 - n 后，逐渐改变进水的组成，提高焦化废水硝化出水在进水 中的比例，使污泥逐步适应焦化废水硝化废水的水质特点。 实验中模拟废水运行7 d 后，改变废水组成，使上述焦化废水硝化出水与模拟废 水的比例为1 ：1 ，1 2 d 后全部使用上述焦化废水硝化出水，实验结果如图4 2 1 。 123 4j6789l o1 l1 2i 3 时间( d ) 图4 2 1 反硝化污泥的培养驯化曲线 由图4 2 1 可知冷藏的反硝化污泥正常运行后，立即恢复较高的生物活性。逐渐 提高进水中n 0 3 - n 的浓度到3 0 0 m g l 以上，出水水质n o x - n 仍然保持低于2 m g l 的水平，对水质波动有较强的适应性，同时焦化废水反硝化进水对反硝化出水水质并 没有引起较大影响。可觅反硝化污泥对进水n o f - n 的浓度、进水水质有较强的适应 性。 图4 2 2 反应在反硝化污泥的培养驯化期间，硝化速率的变化。驯化后活性污泥 能够适应焦化废水的毒性，反硝化速率最高可达5 4 7 1 m g l 的较高水平，可见经过两 步的驯化培养，反硝化细菌驯化阶段结束，反硝化硝化细菌已经富集培养成熟，可以 用于下一步实验脱氮研究。 瑚狮瑚 瑚 瑚m 如o (_甚目u憾翊掰器+憾甜斑普斟 南京理工大学硕j j 论文b a f + 厌氧污泥继含工艺焦化墟水脱氮 6 0 善兰 阱3 0 型2 0 普1 0 蟋0 123456 7 891 01 11 21 3 时间( d ) 图4 2 2 反硝化速率曲线 4 2 3 污泥反硝化性能的研究 实验条件：进水采用上述焦化废水硝化出水，温度t = 3 0 c ，p h = 7 5 。每隔1 o h 取样，污泥反硝化性能如图4 2 3 。 3 0 0 2 5 0 鳐 矍1 0 0 5 0 0 012 345 时间( h ) 图4 2 3 反硝化产物随时间的变化曲线 由图4 2 3 可知，进水后的3 0 r a i n 反应由于有机碳源比较充足，速度较快，产物 以n 0 2 - _ n 为主，n 0 3 - n l o m g l ；以后反应速度平缓，5 h 后n o , , - n 5 m g l 。 4 3 污泥性能的研究 为了增加活性污泥与废水的接触面积，提高处理效果，活性污泥应具有颗粒松散， 易于吸附降解有机物的能力，但在澄清时，又希望污泥与水能迅速分离，应此也要污 泥具有良好的聚凝、沉降性能。 实验中，取驯化好的硝化、反硝化污泥，从污泥沉降比s v 、污泥浓度m l s s 、 污泥挥发性组分m l v s s 、污泥沉降指数s v i 几个方面，考察硝化和反硝化污泥的聚 凝、沉降性。见表4 1 。 南京理工大学预，l 论文b a f + 胰氧污泥组合t 艺焦化废水脱氮 由表4 1 可见硝化与反硝化污泥沉降性不是很好，其中以反硝化污泥最为明显， 主要原因有而：其一在反硝化过程中投加了过量的葡萄糖碳源，葡萄糖是高粘性物质， 菌胶团细菌体内大量积累这种高粘性物质，就引起非丝状菌膨胀；其二在反硝化过程 中产生大量气泡，透过量筒壁可以看到有大量的气泡上浮，这也是反硝化污泥在反应 完全后比反硝化过程中的沉降性好的原因。 4 4 本章小结 ( 1 ) 冷藏的硝化、反硝化污泥，投加营养物质正常运行后，立即恢复活性，冷 藏作为实验室保存硝化反硝化污泥是可行的： ( 2 ) 硝化污泥对进水n h 3 - n 的浓度及其焦化废水有较强的适应性，在整个培养 驯化阶段，硝化保持较好的出水水质，出水基本能够满足国家一级标准； ( 3 ) 反硝化污泥对进水n o x 一n 浓度及其焦化废水反硝化进水有较强的适应性， 在整个培养驯化阶段，反硝化保持较好的出水水质，出水n c i x _ - n 2 0 m g l ；n a o h 对p h 值的缓冲性能最差，反应前 如 加 如 m 0 一x一暴譬雾忆翠语垃瓤程语剧 6 5 4 3 2 斑目u斛缎逝求撼瞬 ”加”如”暑廿加，0 5 5 3 曝气量对b a f 脱氨效果及亚硝酸盐积累的影响 5 1 0 曝气量对氨氮去除速率的影响 南图5 5 9 、图5 s i o 和图5 5 1 l 可见： 量对硝化产物的影响 + 韭髓盐燕占硝他产物比例氨氮去除率 图5 _ 5 1 l 曝气量对氨氮去除率及贬硝酸 盐积累的蟛响 曝气量是影响出水效果的重要因素，踺 南京理t 大学t i 顷t ：论文b a f + 扶姐污泥餐【台工艺焦化泼水脱氮 气量小于o 2 5 l m i n 时n i l 3 - n 去除速率随曝气量的增加而增大；曝气量大于 o 2 5 l r a i n ，对n i - 1 3 一n 的去除速率影响不大。这是由于曝气生物滤池采用连续曝气， 反应器中氧气的传输主要通过界面转移途径气泡中的氧气与生物膜表面直接接触而 被微生物利用。根据双膜理论i 7 l 。7 2 】，氧气传递速率的大小由气液两停滞膜的阻力决 定，气水比越大，相对于膜问的传质阻力也越小，在其他条件相近的情况下，生物膜 内溶解氧浓度也越高，相应的提高了好氧微生物的活性和生物降解速率，从而提高了 反应器的容积负荷。但曝气量过大，反应体系中氧的浓度受平衡溶解度限制，溶解氧 不仅不再增加，过强的湍流反而造成水中溶解氧的解析及填料上生物膜脱落，降低了 固定化微生物的浓度，导致反应器容积负荷的降低。曝气量增大，相应的动力消耗也 将增加，因此本实验确定的最佳曝气量o 2 5 l r a i n 。同时也发现对亚硝酸盐量随曝气 量由先增大再减少的趋势，在曝气量在0 2 5 l r a i n 左右时达最大值，亚硝酸盐氮在硝 化产物的比例达到6 0 。 5 5 3 2b a f 脱氮性能的研究 为了研究曝气生物滤池对焦化废水的脱氮性能，每隔1 5 h 对滤池取样分析。 实验条件：n h 3 - n = 2 5 0 m g l ，n 0 3 - n = 2 0 m g l ，n 0 2 一一n = 3 0 m g l ，t n = 3 0 0 m g l 温度t = 2 0 c ，p h = 8 0 ，曝气量为0 2 5 l m i n 。 实验结果如图5 5 1 2 和5 5 1 3 。 3 ，、2 5 0 譬2 g 1 5 0 粪1 0 0 ， 羽如 0 o1j34 j67 j 91 0 j1 2 时间( h ) _ 一氰氮一亚硝酸盐氮+ 硝酸盐氮+ 总氨 图5 5 1 2b a f 的降解曲线 8 0 2 7 0 暑： 。4 0 麴 悄1 0 0 f 营g 硝化时间段( h ) 图5 5 1 3 各反应时段的氨氮的去除速率 由5 5 1 2 和图5 5 1 ，可知：废水进入滤池后，n h 3 - n 浓度突降，n h 3 一n 去除速 率较快：随后n h 3 - n 变化平缓，去除速率也趋于稳定；最终n h 3 - n 趋于0 ，去除速 率到最小值。主要原因是由于滤池是间歇运行的，反应初期底物浓度很高，氨氮去除 以吸附为主；反应中期吸附与生物作用趋于平衡，即去除速率基本恒定；在反应末期 底物浓度很低，微生物到了内源呼吸期，滤料又恢复了最大吸附性能。 南京理工大学埘i ：论文b a f + - 厌钒污泥纽台_ r 岂壕化废水脱氯 5 5 3 3b a f 反应过程中溶解氧的变化 实验条件：n h 3 - n = 2 5 0 m g l ，n 0 3 - n = 2 0 m g l ，n 0 2 n = 3 0 m g l t n = 3 0 0 m g l ， 温度t = 2 0 。c ，p h = 8 0 ，曝气量q = o 2 5 l r a i n 。 用溶解氧仪在线测b a f 液面的溶解氧，如图5 5 1 4 看出：滤池液面溶解氧的变 化与n h 3 - n 的变化和n i - 1 3 - n 去除速率的变化基本相对应：反应初期底物中n h 3 一n 浓 度较高，反应速率快，溶解氧消耗大，故引起b a y 液面的溶解氧突降；反应中期n h 3 - n 去除速率稳定，滤池中复氧与耗氧平衡；末期n h 3 - n 浓度低，耗氧少，而曝气不变， 溶解氧以较快的速率上升。 7 总6 5 。 jj 5 壁 ， 艟4 j 4 0l234j 67 891 01 11 2 时闻( h ) 图5 5 1 4 滤池中溶解氧随时间变化曲线 5 5 3 4b a f 溶解氧随柱高的变化 实验条件：n i - 1 3 - n = 2 5 0 m g l ，n 0 3 一n = 2 0 m g l ，n 0 2 - n = 3 0 m g l ，t n = 3 0 0 m g l ， 温度t = 2 0 * c ，p h = 8 0 ，曝气量q = o 2 5 l r a i n 。 实验中b a f 采用间歇运行，中间曝气，下层滤料靠出水回流供氧，在池内溶解 氧的分布是不均匀的。b a f 运行4 h 左右( 即滤池中溶解氧的消耗和供给趋于平衡时) ， 在不同取样点测溶解氧如图5 5 1 5 。 由图5 5 1 5 可见整个池体中溶解氧的分布：底部回流水携带溶解氧，随着水流上 升溶解氧逐渐消耗；中间由于曝气作用溶解氧逐渐升高，但最高点不是在曝气头附近 的34 、4 4 取样口，而是在曝气头有一段距离的6 4 取样口，主要原因是氧气传递速率 的大小跟气液界面有关，在曝气口附近由于曝气头附近气泡较大，气液界面相对较小， 而在曝气口上部由于滤料的切割作用，使大气泡变为小气泡，相应增大气液界面，从 而增大了氧的传递速率，提高了水中的溶解氧；在上部由于消耗溶解氧又逐渐降低。 南京理工大学硕i ：论文b a f + 厌轼污怩组含丁岂壤化坡水貌氮 1 襻群群4 榉5 律6 祥僻 群9 群 取样点 图5 5 1 5 溶解氧随b a f 高度的分布 s