AAO 法处理焦化废水中氨氮及COD的实验研究

高雯雯，张智芳，孙琪，李贝贝

(1.榆林学院 陕西省低变质煤洁净利用重点实验室，陕西 榆林 719000;2.榆林学院 榆林市绿色化学与化工过程绿色化重点实验室，陕西 榆林 719000;3.榆林学院 化学与化工学院，陕西 榆林 719000)

焦化废水是煤制焦炭、煤气净化以及焦化产品回收精制过程中产生的废水，含有多种有机污染物和无机污染物，其中难生物降解物质主要为多环芳烃类和含氮、含硫及含氧杂环类化合物，是一种典型难降解的工业废水［1］。生物法由于具有处理效率高、成本低、容易操作等特点，常用来处理焦化废水［2-3］。常用的方法有AO 法及其变形工艺如AAO、AAOO 等。

AAO 法在AO 法的基础上增加了厌氧酸化段(A 段)，不仅提高了废水的可生化性，同时对有毒污染物也具有明显的转化和降解作用，因此整个系统有较高的处理能力和效率［4-5］。相对其他AO 变形工艺，AAO 工艺具有工艺简单、总水力停留时间短、运行费用低、处理效率较好等优点，同时该工艺厌氧(缺氧)/好氧交替运行，不宜丝状菌的繁殖，基本不存在污泥膨胀问题［6-7］。因此，AAO 工艺已被广泛应用于焦化废水处理中，但对AAO 各段处理COD、NH3-N 的效果及降解机理研究的较少。

本文采用AAO 法处理焦化废水中的COD 及NH3-N 并对AAO 各段运行机理进行了分析。

1 实验部分

1.1 原料与仪器

焦化废水，取自陕北榆林某焦化厂经蒸氨、气浮后的预处理废水，COD 1 800 ～2 500 mg/L，NH3-N 160 ～240 mg/L，pH 7.8 ～8.4;接种污泥，取自其曝气池;邻菲罗啉、硫酸亚铁、硫酸亚铁铵、重铬酸钾、硫酸银、硫酸汞、氢氧化钠、氧化镁、碘化钾、碘化汞、酒石酸钾钠、氯化铵、葡萄糖、磷酸二氢钠、浓硫酸、盐酸均为分析纯。

5B-3C 型COD 快速测定仪;pHS-3C 型酸度计;WTW inoLab Oxi730 溶氧仪;FA1104N 型电子天平。

1.2 实验方法

实验装置见图1。厌氧池和缺氧池内有填料，其中厌氧池、缺氧池和好氧池容积比为1 ∶1 ∶3，装置有效容积为60 L，废水由储水池经恒流泵到缺氧池后依靠重力的作用流入其他池内，缺氧池和好氧池通过微孔曝气砂头进行连续曝气，厌氧池不进行搅拌，混合液回流以及污泥回流通过蠕动泵控制流量。

图1 AAO 系统工艺流程图Fig.1 Flow chart of AAO system

将活性污泥投加到曝气池内，池内注入经稀释后的焦化废水，加入葡萄糖及磷酸二氢钠等营养物质，闷曝24 h，活性污泥颜色逐渐变为土黄色，连续曝气，每隔1 d 停止曝气，静沉30 min，取出上清液，加入实验用原水，污泥浓度升高到一定数值(一般为由高速增长期转入缓慢生长期，MLSS ＞2 g/L)时，开始培养亚硝化菌及硝化菌［8］。培养驯化开始时，向厌氧池、缺氧池和好氧池中分别投加1/3 的活性污泥，同时加入浓度为20%的实验原水及适量营养物质进行连续曝气，1 d 后将上清液的1/3 ～1/2左右取出，并加入稀释后的实验原水，同时投加葡萄糖和磷酸盐等营养物，严格控制进水的氨氮浓度，使其＜150 mg/L。继续曝气，反复进行3 次后开始小流量连续进水，保持较高的HRT 和大回流比，待出水COD 稳定后，按20%的递增速率逐渐增大焦化废水的浓度，直至设计值。期间对一些常规水质指标进行监控，如COD、氨氮(纳氏试剂比色法)、pH、溶解氧、温度等。

系统稳定运行过程中各参数为:混合液回流比300% ～400%;污泥回流比80% ～100%;温度20 ～25 ℃;pH 进水用磷酸控制pH =6.7 ～7.2，好氧段通过投加NaHCO3溶液使其pH 维持在6.5 ～7.5;溶解氧DO:厌氧池＜0.5 mg/L，好氧池3 ～5 mg/L;总水力停留时间40 ～55 h。

2 结果与讨论

2.1 活性污泥培养、驯化

好氧池污泥培养过程中，由于NO－2的出现，pH开始降低，说明硝化反应开始进行，因此需采用20 g/L 的纯碱溶液进行调节。此时，缺氧池水面开始产生微小的气泡，表明发生反硝化反应。经过一段时间的培养驯化，系统出水COD、NH3-N 已基本稳定，至此可认为驯化基本完成。随后经过一系列的参数调整，系统进入稳定运行阶段。

2.2 系统对COD 的处理效果

稳定运行期间，系统对COD 的处理情况见图2。

由图2 可知，进水浓度821 ～933 mg/L 时，出水浓度保持在130 mg/L 以下，COD 去除率为86.7%。厌氧池、缺氧池和好氧池对COD 的去除率分别为10.9%，64.9%和24.2%，表明缺氧段对COD 的降解效果最好，好氧段次之，厌氧段较差。其原因可能是厌氧段的主要作用是进行水解酸化，经过该步反应后，废水中部分大分子、难降解有机物转化为小分子、易被好氧微生物降解的有机物，因此COD 变化较小。经过厌氧段的水解酸化后，易降解的有机物进入缺氧段进行反硝化反应，该反硝化过程利用这部分有机物作为碳源，因此该段有机物COD 变化最大。废水进入好氧段后，有机物也可以被降解，但去除率不高［9］。

图2 AAO 系统各段对COD 的处理效果Fig.2 The removal efficiency of COD in units of the AAO system

2.3 系统对氨氮的处理效果

稳定运行期间，系统对氨氮的处理情况见图3。

图3 AAO 系统对氨氮的处理效果Fig.3 The removal efficiency of NH3-N in units of the AAO system

由图3 可知，进水浓度为165 ～203 mg/L 时，出水浓度保持在8.6 mg/L 以下，氨氮去除率97.2%。厌氧池、缺氧池和好氧池对氨氮的去除率分别为－2.4%，26.0%和76.4%。表明好氧段对氨氮的降解效果最好，缺氧段次之，厌氧段最差，且氨氮浓度不降反升。原因是厌氧段的水解酸化过程可以将废水中有机氮转化为氨氮，从而造成厌氧出水氨氮略为升高的现象［10］，但这种现象绝不能代表厌氧池对氨氮的去除没有任何作用。李咏梅等［11］认为，厌氧段的存在可以减轻后续反硝化-硝化系统中-N的积累，提高废水有机氮去除率和削减废水毒性;经过厌氧酸化的废水及从沉淀池回流的废水进入缺氧池，氨氮浓度被稀释，同时在缺氧段反硝化菌将由硝化菌产生的硝态盐转化为氮气，并消耗废水中的有机物作为反硝化菌生长繁殖的基质，这可使氨氮因同化作用而被去除。另外，回流液中的高浓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，因此缺氧段对氨氮有一定的去除作用［12］;好氧段进行的是硝化反应，硝化菌将氨氮转化为硝态盐，因此相对缺氧段，好氧段对氨氮的去除贡献最大。

3 结论

(1)采用厌氧酸化-缺氧-好氧法处理焦化废水，系统稳定运行时，对COD、NH3-N 的去除率分别为86.7%、97.2%，出水COD、氨氮平均浓度为118.0，5.1 mg/L，达到焦化废水一级排放要求，这说明厌氧-缺氧-好氧工艺是处理焦化废水效率较高、运行稳定的有效途径。

(2)系统各段对COD 和氨氮的去除效果明显不同，COD 的变化由大到小分别为缺氧池、好氧池和厌氧池;氨氮的变化由大到小依次为好氧池、缺氧池和厌氧池。

(3)AAO 系统各段的共同作用使焦化废水COD、氨氮得到很大程度的降解，其中，厌氧段将废水中的大分子物质水解酸化为小分子物质，提高了废水有机氮去除率和削减废水毒性，使废水的可生化性得到提高;缺氧段的反硝化反应以硝酸盐或亚硝酸盐为电子受体，利用有机物作为电子供体氧化分解有机物;好氧段的硝化反应以氨氮为电子供体，利用溶解氧作为电子受体分解废水中的氨氮。

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