单一复合反应器处理难降解焦化废水试验研究赵月龙

:2005-10-30.:山西省自然科学基金资助项目(202548).:赵月龙(1976-),男,博士,研究方向:废水处理理论与技术.赵月龙1,祁佩时1,杨云龙2,毋海燕3(1.,150090;2.,030024;3.,250022)　:在悬浮相污泥中投入纤维球填料形成单一复合生物反应器,用复合生物反应器处理预处理后的焦化废水,研究水力停留时间、pH值、负荷等参数对其处理效果的影响,从而确定最佳运行参数,并在此基础上研究在最佳运行条件下复合生物反应器对焦化废水中COD和NH+4—N的去除效果.结果表明,单一复合生物反应器能有效降解焦化废水中的COD及NH+4—N等难降解物质.当进水COD和NH+4—N分别小于670mgL和260mgL时,COD和NH+4—N的去除率可分别达到94.8%和91.4%.:单一复合生物反应器;焦化废水;控制参数;氨氮;难降解有机物:X703.1　　　　　:A:1672-0946(2006)02-0019-04Experimentalresearchoncoke-plantwastewatertreatmentbysinglehybridbio-reactorZHAOYue-long1,QIPei-shi1,YANGYun-long2,WUHai-yan3(1.SchoolofMunicipalandEnvironmentalEngineering,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150090,China;2.SchoolofEnvironmentalandMunicipalEngineering,TaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan030024,China;3.SchoolofCivilEngineeringandArchitecture,JinanUniversity,Jinan250022,China)Abstract:Twophasehybridbio-reactorwasusedintreatingcoke-plantwastewaterbymeansofsubmergingfiber-ballfillerinsuspendedgrowthactivatedsludge.Theoptimumoperationparame-tersforthehighestperformanceweredeterminedintheresearch.Itisfoundthathybridbiologicalreactorworkswellforthecoke-plantwastewatertreatmentintermsofCOD,NH+4—Nandotherrefractoryorganiccompoundsremovalefficiency.TheremovalefficiencyofCODandNH+4—Nwasupto94.8%,91.4%for670mgLCOD,260mgLNH+4—N,respectively.Keywords:singlehybridbio-reactor;coke-plantwastewater;controllingparameters;ammoniani-trogen;refractoryorganiccompounds　　焦化废水的处理,通常采用普通活性污泥法的二级生物处理[1,2],但普通活性污泥法对焦化废水中的COD尤其是NH+4—N的去除率很低,处理后出水的COD和NH+4—N难以达标甚至严重超标.其原因主要是由于活性污泥反应器中只存在悬浮相污泥,生物相单一,污泥易流失,耐水质、水量冲击负荷能力较差,运行不够稳定;活性污泥中的微生物多为异养型微生物,泥龄较短,主要功能是降解有机物,对NH+4—N的硝化能力差;同时,硝化菌是自养型微生物,泥龄较长,且喜好依附生长,若按普通活性污泥法的泥龄排泥,则硝化菌的生长繁殖受到抑制.为克服普通活性污泥反应器的上述缺点,在曝气池中投加载体形成的复合生物反应器应运而生并得到了快速发展,在废水处理中的应用日益受到业内人士的关注[3,4].所谓“复合”是指生物反应器中同时存在附着和悬浮两相生物.研究第22卷第2期2006年4月　　　哈尔滨商业大学学报(自然科学版)JournalofHarbinUniversityofCommerce(NaturalSciencesEdition)　　　Vol.22No.2Apr.2006DOI:10.19492/j.cnki.1672-0946.2006.02.007表明,复合生物反应器中的污泥质量浓度较高,使得反应器负荷增高;填料的添加,增加了硝化菌的量,保证了NH+4—N的高效硝化;微生物种类与数量的增加,使得反应器内生物相丰富,对底物的冲击负荷、毒性物质的适应能力均大为增强,从而提高了有机物及生物难降解物质的去除率[4].目前,对复合生物反应器处理高质量浓度难降解有机废水的研究还较少[5,6],本试验采用单一复合生物反应器处理典型难降解有机废水———焦化废水,研究运行参数对复合生物反应器处理效果的影响,从而确定最佳运行控制参数,并研究在最佳运行条件下复合生物反应器对焦化废水中COD和NH+4—N的去除效果.1　材料与方法污染物在复合生物反应器内发生的复杂的物理、化学及生物化学过程及微生物的增长与活性与水质、进水时间、水力停留时间、曝气方式、水温、溶解氧、pH值、污泥负荷、营养条件、碱度、毒物抑制程度等密切相关.本试验主要研究水力停留时间、pH值和负荷等环境因素对复合生物反应器处理焦化废水的影响.1.1　静态试验复合生物反应器(如图1所示)采用有机玻璃加工制作,棱柱体(长20cm、宽15cm、高30cm),根据反应器中的污泥量选择合适的出水口;试验所用焦化废水取自某煤气公司焦化厂物化处理站经隔油、气浮后的调节池出水;好氧污泥取自处理站曝气池的回流污泥.将所取污泥投入复1　合反应器,挂膜后逐渐提高焦化废水比例进行驯化,运行稳定后考察反应器的处理效果.1.2　本试验研究的步骤设计如下.1)取试验用水自某煤气公司焦化厂物化处理站预处理单元出水.2)测量废水的水温(t)、pH值、溶解氧(DO)、化学需氧量(COD)、氨氮(NH4+—N)及硝酸盐氮(NO3-—N)等值.3)设定不同的水力停留时间(θ)、pH值和负荷(N)参数值(如表1、2、3所示),研究这些参数对复合生物反应器处理焦化废水中COD和NH4+—N的影响,并确定各最佳运行控制参数.4)研究反应器在最佳运行控制参数条件下的运行效果.1　进水质量浓度COD=534mgL,NH4+—N=202mgL影响因素t=28℃,DO=6.7mgL,θ=4,5,6,7,8,9,10,20h2　pH进水质量浓度COD=350～481mgL,NH4+—N=95～120mgL影响因素t=28℃,pH=7.0,7.5,8.0,8.5,9.03　进水质量浓度COD=390～1230mgL,NH4+—N=98～245mgL影响因素NCOD=0.498～0.603kgCOD(m3·d)NNH4+—N=0.0937～0.1146kgNH4+—N(m3·d)1.3　试验中各量的测定均按照美国公共健康协会(APHA,1992)标准测定方法[7]进行.COD　重铬酸钾标准法(CODCr)NH4+—N　硫酸标准溶液滴定法pH值　标准pH值测定仪2　结果与讨论2.1　CODNH4+—N水力停留时间对焦化废水中COD和NH4+—N去除率的影响如图2所示.由图2可看出,随着反应的进行,COD及NH4+—N去除率呈上升趋势,出水COD在70～85mgL之间变化,变化幅度不大;而出水NH4+—N在15～60mgL之间变化,变化幅度很大,这进一步说明硝化细菌对环境条件要求较高,适应能力较差.图示去除率在反应过程中有时会下降,这是由·20·哈尔滨商业大学学报(自然科学版)　　　　　　　　　　　　　第22卷于反应过程中一些有机氮化物、氰化物及硫氰化物转化为NH4+—N的缘故;试验得出停留时间为8、10和20h时的去除效果均较好,停留时间为20h的去除率最大.考虑到能耗及三个停留时间下COD及NH4+—N的去除率相差不大,而停留时间为8h和10h时,NH4+—N去除率基本相当,且8h时COD的去除率也较高,所以,试验综合确定8h为单一复合生物反应器的最佳水力停留时间.2　CODNH4+—N2.2　pHCODNH4+—NpH值对焦化废水中COD和NH4+—N去除率的影响如图3、4所示.由图3可看出:pH值对焦化废水中COD和NH4+—N去除率的影响很大.当pH值为7.0～9.0时,复合反应器对焦化废水中的COD去除率较高,约为75%～95%,最佳的pH值范围为7.5～8.7,pH值为8.5时去除率最大.在最佳pH值范围内,COD的去除率均可达76%以上;当pH值为7.7～8.7时,复合反应器对焦化废水中的NH4+—N去除率3　pHCODNH4+—N较高,约为70%～85%,pH值为8.5时最佳,pH值在7.9～8.6时,NH4+—N去除率均高于80%;在适宜的pH值范围内,适当提高pH值可提高NH4+—N的去除率.与普通活性污泥反应器相比,复合反应器适宜的pH值范围较广,这是由于生物膜反应器中的微生物紧密缠绕而又具有良好的微生物生态分布并固定在生物膜中,微生物适应能力强,且抗冲击负荷能力大.当pH值为7和9时,NH4+—N的去除率明显下降,这可能是由于:①pH值改变,引起微生物表面电荷改变,从而影响了微生物对NH4+—N的吸收和降解;②不适宜的pH值会使微生物酶的活性降低,进而影响微生物的生物化学过程;③过高的pH值会抑制硝化杆菌的活动,影响硝化作用过程,从而降低了复合反应器对NH4+—N的去除率;④pH值改变了微生物生长环境中的营养物质及其可得性,增强了有害物质的毒性,进而阻碍了微生物对污染物的有效降解[8].由图4可以看出:硝化作用适宜的pH值范围为7.3～9.0,最佳范围为7.5～8.6,此时的硝化率达80%～90%,这与pH值对COD和NH4+—N去除率的影响完全一致.4　pH综合考虑pH值对COD、NH4+—N去除率及硝化率的影响,试验确定复合反应器适宜的进水pH值为7.5～8.6.2.3　CODNH4+—N负荷对焦化废水中COD和NH4+—N去除率的影响如图5、6所示.5　COD由图5可看出:随着COD负荷的增加,COD去除率逐渐下降.当COD负荷在0.498kgCOD(m3·d)到0.573kgCOD(m3·d)之间变化时,COD去除率可达38.5%～54.4%,COD负荷为0.498kgCOD·21·第2期　　　　　　　　　　　赵月龙,等:单一复合反应器处理难降解焦化废水试验研究(m3·d)时,COD去除率达最大值;当COD负荷大于0.6kgCOD(m3·d)时,COD出现了负去除.这说明负荷过大时,虽然废水可生化性相对提高,但毒性也相应增强,对微生物产生极大的毒害作用,甚至会造成污泥解体,致使出水COD质量浓度急剧升高.所以,最好控制负荷小于0.498kgCOD(m3·d),但该负荷值比普通活性污泥反应器大,也说明复合反应器更适于高质量浓度废水的处理.6　NH4+—N由图6可以看出:当NH4+—N负荷逐渐增大时,NH4+—N去除率逐渐下降.当NH4+—N负荷小于0.1086kgNH4+—N(m3·d)时,NH4+—N去除率大于30%;当NH4+—N负荷大于此值时,NH4+—N去除率则急剧下降.究其原因,除较高的NH4+—N负荷会对硝化细菌产生冲击外,进水中过高的COD也会影响NH4+—N的去除.2.4　CODNH4+—N复合反应器在上述最佳参数条件下对COD和NH4+—N的去除效果如图7所示.7　COD、NH4+—N(:,COD554～670mgL,NH4+—N202～260mgL)由图7可以看出:COD、NH4+—N的去除率和硝化率都较高且较为稳定.当进水COD质量浓度为554～670mgL时,出