AAO与OAO工艺处理焦化废水的对比研究

汤清泉，魏宏斌，陈良才

（1.浙江省城乡规划设计研究院，杭州　310007；2.同济大学 环境科学与工程学院，上海　200092；3.上海中耀环保实业有限公司，上海　200092）

AAO与OAO工艺处理焦化废水的对比研究

汤清泉1，魏宏斌2，陈良才3

（1.浙江省城乡规划设计研究院，杭州310007；2.同济大学 环境科学与工程学院，上海200092；3.上海中耀环保实业有限公司，上海200092）

对比研究AAO与OAO工艺，考察了2种工艺在不同有机负荷和碳氮比的条件下，对焦化废水中CODCr、氨氮、总氮的去除效果。试验结果表明，AAO与OAO工艺均对焦化废水表现出良好的有机物和氮类物质去除效果，废水中所含难降解物质的比例和碳氮比是决定2种工艺处理效果优劣的关键，难降解物质比例高或碳氮比低的焦化废水适合采用AAO工艺处理，难降解物质比例低且碳氮比高的焦化废水适合采用OAO工艺处理。

焦化废水；AAO工艺；OAO工艺；碳氮比；难降解物质

焦化废水是一种典型的有毒难降解工业废水，其污染物组成复杂、浓度高，其治理研究是国内外工业废水治理的研究热点之一。AAO工艺与OAO工艺分别在传统AO工艺的前端设置了厌氧水解单元和好氧脱碳单元，对于焦化废水的良好处理效果已被众多学者的研究所证实［1-3］，目前，对已建成运行，但出水尚未能达标的多数AO工艺，其技术改造工程往往也采用AAO工艺或OAO工艺［4-6］。本研究针对AAO工艺与OAO工艺对不同有机负荷和碳氮比的焦化废水的处理效果进行了对比，为焦化废水处理工程的技术改造提供参考，便于更好地选择经济合理、运行稳定的生化工艺。

1　试验部分

1.1工艺流程

本试验工艺流程见图1。

图1　试验工艺流程Fig.1　Process f1ow of the test

AAO工艺与OAO工艺均从同一个200 L的调节池进水，初沉池污泥回流至厌氧水解池或好氧脱碳池，二沉池的硝化液和污泥回流至缺氧池。反应器池体为UPVC材质，厌氧水解池（或好氧脱碳池）、缺氧池、好氧池的容积比为1∶1∶3，其有效容积分别为10、10、30 L，初沉池、二沉池有效容积分别为5、8 L。进水、硝化液及污泥回流均采用Mi1tonRoy LMI机械隔膜计量泵控制，搅拌采用直流电动搅拌机，供氧采用压缩空气机曝气。此外，在好氧池内设置搅拌机以确保反应器内活性污泥保持良好的悬浮状态。

1.2原水水质与运行参数

试验原水由某焦化厂的蒸氨废水、甲醇废水、事故池水及气浮池出水等配制而成，储存于200 L的塑料桶内，主要水质指标见表1。

表1　原水水质Tab.1　Raw water qua1ity

试验运行参数控制如下：试验温度为15～25℃，进水量为0.8 L/h，厌氧水解池（或好氧脱碳池）、缺氧池、好氧池的水力停留时间分别为12.5、12.5、37.5 h，硝化液和污泥的混合液回流比为600%，各反应器活性污泥质量浓度为3g/L。进水平均pH值为8.85，AAO工艺与OAO工艺二沉池出水平均pH值分别为7.85、7.70，出水平均碱度分别为250、235mg/L。厌氧水解池、好氧脱碳池、缺氧池、好氧池溶解氧的平均质量浓度分别为0.2、1.7、0.4、3.0mg/L。

1.3分析方法

CODCr：重铬酸钾法；BOD5：稀释接种法；氨氮：蒸馏后滴定法；凯氏氮：消解-蒸馏后滴定法；总氮：过硫酸钾氧化紫外分光光度法。

2　结果与讨论

2.1厌氧水解对废水可生化性的改善

AAO工艺厌氧水解单元提高废水可生化性的情况见图2。

图2　厌氧水解对废水可生化性的改善效果Fig.2　Improving effect of anaerobic hydro1ysis on biodegradabi1ity of wastewater

由图2可知，AAO工艺中厌氧水解池进水的m（BOD5）/m（CODCr）值为0.14～0.39（均值为0.28），出水的m（BOD5）/m（CODCr）值为0.28～0.71（均值为0.51），厌氧出水的m（BOD5）/m（CODCr）值较进水提高了0.23。表明厌氧水解池能够改善有机物组成、降低有毒物质浓度，进而提高废水的可生化性。

2.2对CODCr的去除效果

AAO、OAO工艺出水CODCr浓度随进水CODCr负荷的变化情况见图3、图4。

图3　出水CODCr的变化情况Fig.3　Variation of eff1uent CODCrconcentraion

图4　出水CODCr浓度随进水CODCr负荷的变化情况Fig.4　Change trend of eff1uent CODCrconcentration under different inf1uent CODCr1oadings

由图4可知，当CODCr负荷在0.3kg［CODCr］/（kg［MLSS］·d）以内时，2种工艺出水CODCr均稳定达到GB 8978—1996《污水综合排放标准》中规定的焦化行业二级排放标准的要求，CODCr的总去除率接近92%。同时，系统各单元对CODCr的降解比例见表2。

表2　各工艺单元降解CODCr的比例Tab.2　CODCrdegradation proportion of each process unit

由表2可知，AAO工艺对有机物的降解主要在缺氧和好氧单元，而OAO工艺的前端脱碳池则已经降解了绝大部分有机物。此外，AAO工艺的出水CODCr平均浓度要低于OAO工艺，且波动幅度较小。分析其原因是厌氧水解过程将废水中的难降解有机物水解为易降解有机物，改善了废水的可生化性，提高了难降解物质的去除效率。当提高CODCr负荷至0.39kg［CODCr］/（kg［MLSS］·d）时，2种工艺对CODCr去除效果趋于一致。由图4还可知，继续提高CODCr负荷至0.45kg［CODCr］/（kg［MLSS］·d）时，OAO系统出水CODCr平均浓度要低于AAO工艺。分析原因是在较高的有机负荷下，AAO工艺中的有机物不能得到充分降解，而OAO工艺的曝气容积更大，更有利于废水中大量有机物的充分降解，表现出更好的抗冲击负荷能力［7-8］。

因此，有机负荷和废水中难降解物质比例是决定处理工艺对有机物去除效果优劣的关键，AAO工艺对于难降解有机物的降解能力强于OAO工艺，OAO工艺的抗有机负荷冲击能力强于AAO工艺。换言之，有机负荷低或难降解物质比例高的废水适合采用AAO工艺处理，有机负荷高或难降解物质比例低的废水适合采用OAO工艺处理。

2.3对氨氮的去除效果

AAO、OAO工艺出水氨氮浓度随进水氨氮负荷的变化情况见图5。

图5　出水氨氮浓度的变化情况Fig.5　Variation of eff1uent ammonia nirogen concentration

由图5可知： ①当进水CODCr的质量浓度为2 500～3 000mg/L，氨氮的质量浓度低于100mg/L时，2种工艺的出水氨氮浓度均低于检出限。②当进水CODCr的质量浓度为3 000～3 800mg/L，氨氮的质量浓度为150～180mg/L时，AAO工艺的氨氮平均去除率为73%，OAO工艺的氨氮平均去除率为91%，OAO工艺表现出较好的抗氨氮冲击效果。分析原因是OAO工艺的曝气池的池容更大，且OAO工艺前端的好氧脱碳池相较于AAO工艺前端的厌氧水解池提前去除了大部分有机物和酚氰类有毒物质，从而更有利于后续好氧池中硝化菌群的竞争性生长。

有机物和氨氮的冲击负荷均会对硝化反应产生负面影响，导致氨氮去除率下降。分析其原因如下：①受有机负荷冲击后，有机底物浓度提高导致异养菌大量繁殖成为优势菌群，抑制了自养型硝化菌群的生长。此外，进水负荷的提高意味着更高浓度的酚、氰和多环芳烃类等对硝化菌有毒害作用的物质的冲击，不利于硝化反应进行。②受氨氮冲击后，NH3和其代谢产物（NO3-、NO2-）在生化系统内的积累会抑制硝化菌的硝化反应。Richard等［9］研究表明，NH3对亚硝酸菌和硝酸菌的抑制质量浓度分别为10～15、0.1～1.0mg/L。

2.4对总氮的去除效果

2.4.1低碳氮比进水下的氮类物质去除效果

本研究中，通过测定生化出水中总氮、凯氏氮和氨氮的含量来近似得出（亚）硝态氮和有机氮的含量。生化处理后的出水中，总氮以有机氮和无机氮2种形式存在，可将生化出水中凯氏氮和氨氮的差值近似看作为有机氮含量［10］。同时，通过测定发现生化出水中SCN-、CN-等浓度已经很低，为便于统计分析，将生化出水中总氮和凯氏氮的差值近似看作为（亚）硝态氮的含量。

在低碳氮比（m（CODCr）/m（MLSS）均值为3.43）进水下，CODCr平均质量浓度为761.2mg/L，总氮平均质量浓度为221.7mg/L时，AAO、OAO工艺出水中氮类物质的浓度见表3。

表3　低碳氮比进水下出水各氮类物质的浓度Tab.3　Concentrations of nitrogenous substances in eff1uent water under 1ow C/N ratio inf1uent condition

由表3可知，虽然出水中氨氮和有机氮已经被理想地去除，出水中（亚）硝态氮的浓度仍然很高，总氮的去除效果有限。因为碳源的缺乏限制了反硝化反应的进行，进水碳氮比是决定2种工艺总氮去除率的关键因素。

2.4.2进水碳氮比对总氮去除率的影响

不同进水碳氮比条件下2种工艺的总氮去除率变化趋势见图6、图7。

图6　不同碳氮比进水下AAO工艺总氮去除率的变化趋势Fig.6　Variation trend of tota1 nitrogen remova1 rate by AAO process under different C/N ratio inf1uent conditions

图7　不同碳氮比进水下OAO工艺总氮去除率的变化趋势Fig.7　Variation trend of tota1 nitrogen remova1 rate by OAO process under different C/N ratio inf1uent conditions

由图6、图7可知：①进水m（CODCr）/m（总氮）值小于6时，2种工艺限于反硝化碳源的不足，总氮去除率有限。AAO工艺的总氮去除效果优于OAO工艺，这是因为OAO工艺前端的好氧脱碳池加剧了后续反硝化碳源的不足。②进水m（CODCr）/ m（总氮）值为15～20时，AAO工艺的总氮去除率达到80%，继续提高进水碳氮比，其总氮去除率趋于下降，分析原因是较高的有机负荷不利于硝化菌群的生长，从而抑制了硝化反应的进行。③进水m（CODCr）/m（总氮）值为20～35时，OAO工艺的总氮去除效果优于AAO工艺，基本维持了82%的总氮去除率，这得益于前端的好氧脱碳池大幅降解了高浓度的有机物和酚氰类物质，促进了硝化反应的进行。

因此，进水碳氮比是决定2种工艺总氮去除效果的关键，碳氮比低（比值＜17）的废水适合采用AAO工艺处理，碳氮比高（20＜比值＜35）的废水适合采用OAO工艺处理。

3　结论

（1）AAO与OAO工艺均对焦化废水表现出良好的有机物和氮类物质去除效果。

（2）AAO工艺对难降解物质表现出更好的降解效果，OAO工艺则表现出更好的抗冲击负荷稳定性。有机负荷和废水中难降解物质比例是决定2种工艺有机物去除效果的关键，有机负荷较低或难降解物质比例高的废水适合采用AAO工艺处理，有机负荷高或难降解物质比例低的废水适合采用OAO工艺处理。

（3）进水碳氮比是决定2种工艺总氮去除效果的关键，碳氮比低的废水适合采用AAO工艺处理，碳氮比高的废水适合采用OAO工艺处理。

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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

汤清泉（1988-），男，江西赣州人，助理工程师，硕士，主要从事水处理研究工作，（电子信箱）826386392@qq.com。

2016-03-14（修回稿）