受冲击煤化工废水生化系统修复技术应用

常功法，刘　勃，洪　卫，季华东，庄会栋，邹晓凤（山东省环科院环境科技有限公司，山东济南250100）

受冲击煤化工废水生化系统修复技术应用

常功法，刘勃，洪卫，季华东，庄会栋，邹晓凤
（山东省环科院环境科技有限公司，山东济南250100）

煤化工废水具有含氨氮浓度较高、水质波动较大的特点，易对其生化处理系统造成冲击而使外排水氨氮超标。通过使用外源硝化菌剂和有机营养剂，可使因生产事故冲击而性能恶化的生化处理系统得到快速恢复。研究表明，连续投加外源菌剂可使硝化细菌在土著微生物中快速建立优势，使用有机营养剂可强化普通异养菌功能，间接促进硝化反应。同时使用外源硝化菌剂和有机营养剂，可使生化系统4 d内恢复正常，而自然恢复则需20 d以上。

煤化工废水；硝化；有机营养剂；硝化菌

煤气化废水即便经过气提或吹脱处理，氨氮浓度往往仍然较高，需经生化处理后方能达标排放。生化处理过程中，氨氮被氧化生成硝态氮的反应须由硝化细菌催化完成，而硝化细菌世代时间长，增殖缓慢且易受水质、水量冲击〔1〕。一旦煤化工废水生化处理系统受到冲击，硝化细菌可能大量消失，很难自然恢复。这种情况下，通常需要投加外源硝化菌剂来加速恢复系统硝化功能。鉴于硝化细菌售价较高，适当且充足的投加量对节省修复成本非常重要，但截止目前，鲜见这方面的报道。

山东某煤化工企业采用煤气化工艺，因生产事故导致废水非正常排放，对生化处理系统造成冲击，生化处理出水氨氮和COD均有超标。有研究表明〔2〕，有机营养剂可为微生物提供均衡营养，从而强化普通异养菌功能，增效COD去除过程，并可以间接强化硝化功能。该企业通过投加外源硝化菌剂和有机营养剂来恢复生化系统功能，效果良好，其菌剂和有机营养剂的用量对煤化工废水处理设施的运营管理有较好的借鉴意义。

1　材料和方法

1.1废水处理系统

该企业废水生化处理系统采用SBR工艺，共有4组反应池，分别记作1#池、2#池、3#池和4#池，单池有效容积4 400m3，MLSS约为6 000mg/L。每个反应周期持续6 h，充水比为4%，冬季生化池水温通过蒸汽管道控制在27℃左右。生化处理系统进水COD在600mg/L左右，氨氮在200mg/L左右。通常情况下生化处理出水可以达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）的一级A标准，COD和氨氮分别小于50、5mg/L。事故发生后，生化处理出水COD和氨氮分别上升到100、50mg/L左右，并有继续上升的趋势。

1.2外源硝化菌剂和有机营养剂

外源硝化菌剂和有机营养剂均由山东省环科院环境科技有限公司提供。外源硝化菌剂浓度达到1.0×1011mL-1以上；有机营养剂〔3〕利用鱼粉、蛋白酶和碱性脂肪酶等原料制成。4#池同时投加了外源硝化菌剂和有机营养剂，每天的投加量如表1所示。4#池单位容积在15 d内的投加量：投加外源硝化细菌0.033 kg/m3，有机营养剂0.53 kg/m3。

表1　4#池外源硝化菌剂和有机营养剂投量

为比较外源硝化菌剂和有机营养剂的作用，3#池仅投加硝化菌剂（投量如表1所示），2#池仅投加有机营养剂（投量如表1所示），而1#池采用自然恢复手段，不投加任何药剂或菌剂。

1.3分析方法

COD、氨氮、MLSS和MLVSS均根据《水和废水监测分析方法》〔4〕中规定的方法测定。菌相用奥林巴斯BX41-DP25型显微镜观察，浊度用ZD-9508型浊度仪测定。实验所得进、出水COD和氨氮均为1 d内4次取样的平均值。

2　结果和讨论

2.1外源硝化菌剂和有机营养剂对生化处理出水COD和氨氮的影响

初次投加外源硝化菌剂和有机营养剂后，1#、2#、3#、4#池出水COD和氨氮的变化情况分别如图1和图2所示。

图1　各池出水COD的变化

图2　各池出水氨氮的变化

由图1可以看出，1#池和3#池出水COD稳定在100mg/L左右，其中3#池出水COD波动较小。而2#池和4#池出水COD在8 d内降低到40mg/L左右，随后保持稳定。2#池和4#池均投加了相同剂量的有机营养剂，而1#池和3#池没有投加。由此可见，有机营养剂有助于COD降解，这与刘勃等〔5〕的研究结果一致，他们在造纸废水生化处理过程中发现有机营养剂可以强壮普通异养微生物，从而促进木质素的生物降解。不投加有机营养剂的情况下（1#池和3#池），废水生化处理系统功能很难恢复。

由图2可以看出，1#池出水氨氮稳定在45mg/L左右，15 d内没有明显好转；2#池出水氨氮在第9天降低到20mg/L左右，随后基本保持稳定；3#池出水氨氮在8 d内迅速降低到1.0mg/L左右；4#池出水氨氮下降速度最快，在第5天即达到了1.0mg/L以下。比较1#池与2#池，可以发现有机营养剂的使用可以在一定程度上促进硝化细菌的增殖从而改善系统硝化功能，但效果有限，不足以迅速降低出水氨氮至5.0mg/L以下。这与王凯等〔2〕的研究结果一致，其在研究煤气化废水生化处理过程中发现，易降解有机物有助于活性污泥系统硝化功能的恢复。将3#池、4#池与1#池、2#池相比，可以发现外源硝化细菌对硝化功能的恢复有明显的促进作用，可以在短期内去除进水中几乎所有的氨氮。对比3#池与4#池也可以发现，在投加外源硝化菌剂的情况下，有机营养剂能够缩短硝化细菌在土著微生物氛围中建立优势的时间，加速活性污泥系统功能的恢复。

去除COD和硝化反应均需消耗溶解氧，与自养型硝化细菌相比，降解COD物质的普通异养菌在获取氧气方面更有优势。因此，外排水COD浓度较高的情况下（1#池和3#池），氨氮浓度也会比较高。在普通异养菌比较强壮的情况下，COD降解速率会较高，可能只需要0.5个周期（3 h）即可去除大部分的COD，此后硝化反应过程中硝化细菌便无需再与普通异养菌竞争氧气，于是可以较彻底地去除氨氮。综上所述，有机营养剂促进氨氮的去除可能是通过强化普通异养菌而间接完成的。如果以上推测成立，投加了有机营养剂的2#池和4#池活性污泥的有机组分应该会增高，菌胶团也会变得结构致密、絮体丰富。

2.2外源硝化菌剂和有机营养剂对生化系统活性污泥的影响

外源硝化菌剂和有机营养剂对生化系统活性污泥的影响如图3所示。

图3　各池MLVSS的变化

由图3可以看出，在为期15 d的时段内，1#池和3#池MLVSS在3 200mg/L之间波动，而2#池和4#池的MLVSS在前6天内迅速升高到4 900mg/L，随后保持稳定。这表明投加了有机营养剂的2#池和4#池中活性污泥的有机组分有显著提高。对1#池和4#池活性污泥的菌相观察也支持这种判断，1#池菌胶团较为松散，原生动物较少，而4#池菌胶团絮体较大且伴随出现原生动物。2#池和4#池出水浊度比1#池显著降低（数据未给出），可能正是因为菌胶团絮体改善，沉降性能提高所致。综上所述，MLVSS提高和菌胶团结构改善表明，有机营养剂有利于强化废水生化处理系统中普通异养微生物的功能。

随后几天内，1#池、2#池和3#池中均同时投加外源硝化菌剂和有机营养剂，3个池中活性污泥去除COD和氨氮的能力得以快速恢复。

3　结语

通过投加外源硝化菌剂和有机营养剂使受生产事故冲击的煤气化废水生化处理系统在4 d内恢复了去除COD和氨氮的功能，实现生化处理出水达标。可以得到以下结论：

（1）为尽快恢复硝化功能，同时使用外源硝化菌剂和有机营养剂是必要的。外源硝化菌剂起直接作用，有机营养剂通过强化普通异养菌，缓解异养菌与硝化菌之间对氧气的竞争，间接促进硝化功能恢复。

（2）分批次逐步投加外源硝化菌剂和有机营养剂可使硝化细菌在活性污泥土著微生物中逐步确立优势，单位容积内外源硝化菌剂、有机营养剂在15 d内的累积投加量分别为0.033、0.53 kg/m3，有效促进了煤气化废水生化处理系统功能的恢复。

［1］张明.硝化细菌应用技术研究［D］.上海：华东师范大学，2003.

［2］王凯，洪卫，刘勃，等.甲醛对煤化工废水生化处理系统的冲击及快速修复技术研究［J］.环境工程，2015，33（9）：64-68.

［3］洪卫，刘勃，邹晓凤，等.一种废水生化处理微生物营养剂的制备方法：中国，103224887A［P］.2013-07-31.

［4］国家环境保护总局.水和废水监测分析方法［M］.4版.北京：中国环境科学出版社，2002：107-291.

［5］刘勃，洪卫，郎咏梅，等.有机营养剂在造纸综合废水处理中的应用研究［J］.中华纸业，2007，28（6）：80-82.

App lication of recovery technology for the biochem icaltreatmentsystem of wastewater from coalchem icalindustry suffered from accident im pacts

ChangGongfa，Liu Bo，HongWei，JiHuadong，Zhuang Huidong，Zou Xiaofeng
（SAESEnvironmental Scienceand Technology Co.，Ltd.，Jinan 250100，China）

Wastewater from coal chemical industry is characterized by containing highly concentrated ammonia-nitrogen and big fluctuation in waterquality.It isapt to cause impactson itsbiochemical treatmentsystem，resulting in excessammonia-nitrogen in discharged effluent.By using exogenetic nitrobacteria and organic nutrients，the biochemical treatment system，whose performance getsworse because of having suffered from industrial accident impacts，can be recovered quickly.The research results show thatadding exogenetic nitrobacteria continuously can make nitrobacteria build up superiority quickly in indigenousmicroorganisms.Usingorganic nutrients can enhance ordinary heterotrophic bacteria functions and bring aboutnitration reaction indirectly.In addition，using both exogenetic nitrobacteria and organic nutrients canmake the biochemicalsystem recoverwithin four days，while natural recovery needsmore than 20 days.

wastewater from coal chemical industry；nitrification；organic nutrients；nitrobacteria

X703

B

1005-829X（2016）10-0107-03

常功法（1981—），高级工程师。E-mail：changgongfa@ 126.com。

2016-07-06（修改稿）