焦化废水生物处理中的乙酸钠硝化抑制行为探究

于　哲，韦朝海

(1 广州海洋地质调查局,国土资源部海底矿产资源重点实验室， 广东　广州　510700；2 华南理工大学环境与能源学院，广东　广州　510006)



焦化废水生物处理中的乙酸钠硝化抑制行为探究

于哲1，韦朝海2

(1 广州海洋地质调查局,国土资源部海底矿产资源重点实验室， 广东广州510700；2 华南理工大学环境与能源学院，广东广州510006)

根据焦化废水O1/H/O2工艺的设计功能，期望在O1中实现脱碳与半硝化反应的同步进行，对非毒性有机物对硝化抑制情况和抑制机理进行研究，以硝化菌和异养菌共存的混合污泥为实验菌源，以乙酸钠作为非毒性有机物的代表，研究焦化废水生物处理中非毒性有机物在不同条件下对硝化过程的抑制作用，发现乙酸钠对硝化细菌没有毒害作用，其硝化抑制机制在于导致异养微生物与硝化细菌之间对于营养物质和生存条件的竞争

O1/H/O2；焦化废水；乙酸钠；硝化抑制

1　实　验

1.1实验用水

表1　基本实验用水组成配置方法Table 1　Methodof basic water preparation

表2　微量元素ⅠTable 2　Trace elementsⅠ

表3　微量元素ⅡTable 3　Trace elements Ⅱ

1.2实验菌源

本试验用活性污泥取自广东韶钢松山股份有限公司焦化废水二期处理工程A/O1/H/O2组合工艺二级好氧池(O2)，O2段的主要功能是生物硝化作用。

1.3实验装置与实验方法

1.3.1乙酸钠对混合污泥间歇式反应硝化的抑制(简称乙酸钠间歇实验)

(1) 实验装置

图1　间歇式反应装置Fig.1　Reactor for batch reaction

(2) 实验方法

表4　乙酸钠间歇实验设计及TOC当量Table 4　Batch experiment design of nitrification inhibition byCH3COONa

1.3.2微氧条件下乙酸钠对混合污泥间歇式反应硝化的抑制(简称微氧实验)

(1) 实验装置

微氧实验在如图2的反应装置内进行，为了保证间歇反应器内溶解氧浓度保持在较低水平，同时使微生物与废水均匀混合，泥水充分接触，使用电力搅拌机对反应器进行机械搅拌供氧。电力搅拌机可进行转速调节。

图2　微氧实验反应装置Fig.2　Micro-aerobic water treatment reactor

(2) 实验方法

1.3.3乙酸钠对混合污泥连续式反应硝化的抑制 (简称乙酸钠连续实验)

(1) 实验装置

生物流化床因具备优越的传质、传氧性能、较高的容积负荷率和污泥负荷率而被认为是最有发展潜力的生物处理技术[13]。本实验以自行设计加工的简易有机玻璃流化床作为连续式实验装置，具体结构参数如下：内筒直径：d1=85 mm；外筒直径：d2=135 mm；反应区高度：H=300 mm，有效体积为：V=4 L。

(2) 实验方法

乙酸钠连续实验在图3所示的好氧生物流化床内进行。混合污泥控制反应器进水流量为0.5 L/h，HRT为8 h，DO控制在(4.9 ±0.2) mg/L。原水乙酸钠投加情况和TOC当量见表5。

表5　乙酸钠连续实验设计及乙酸钠固体投加量Table 5　Continuous experiment design of nitrification inhibition by CH3COONa

1.4实验仪器与分析方法

表6中所列出的各检测项目分析方法均参考国家环保总局编写的《水和废水检测分析方法》(第四版)。TOC的测定使用日本岛津TOC分析仪。

表6　测试指标及其测定方法Table 6　Analytical items and methods for wastewater quality

2　结果与讨论

2.1乙酸钠间歇实验硝化抑制情况

图4　乙酸钠的降解动力学曲线Fig.4　Kinetics of CH3COONa

图5　不同乙酸钠浓度(以TOC计)下的氨氮降解曲线Fig.5　Effect of different concentrations of CH3COONa (TOC) on ammonia degradation

图6　不同乙酸钠浓度(以TOC计)下的亚硝氮变化情况Fig.6　Effect of different concentrations of CH3COONa (TOC) on Nitrite production

图7　55.5 mg/L TOC浓度下硝化与除碳的协同变化关系Fig.7　Synergy of nitrification and removal of carbon on the TOC concentration of 55.5 mg/L

图8　113.6 mg/L TOC浓度下硝化与除碳的协同变化关系Fig.8　Synergy of nitrification and removal of carbon on the TOC concentration of 113.6 mg/L

图9　258 mg/L TOC浓度下硝化与除碳的协同变化关系Fig.9　Synergy of nitrification and removal of carbon on the TOC concentration of 258 mg/L

不同乙酸钠初始浓度下(以TOC计)混合污泥硝化与除碳的协同变化关系如图7～图9所示。

2.2乙酸钠微氧实验硝化抑制情况

图10　微氧条件下硝化与除碳的协同变化关系Fig.10　Synergy of nitrification and removal of carbon under the conditions of 0.3 to 0.5 mg/L

由图9可知，初始浓度(以TOC计)为258 mg/L的乙酸钠在DO=(5.9±0.1) mg/L的条件下4 h可以完全降解。由图10可知，DO约为0.3～0.5 mg/L，其他操作条件相同的条件下，初始浓度(以TOC计)为297 mg/L的乙酸钠完全降解需要30 h，且乙酸钠的降解曲线明显分为三个阶段：首先0～6 h内，乙酸钠经历了一个快速降解期，去除速率为12.88 mg/L/h，6～16 h，经历了一个约10 h的降解停滞期，16 h后，乙酸钠的降解速度明显加快，去除速率为15.51 mg/L/h，出现该现象的原因可能是0～6 h内，虽然外源供氧不足，但是活性污泥中本身还残余一定的DO，为微生物的生长代谢提供了氧源，使乙酸钠的生物降解在反应初期经历了一个快速降解期；当活性污泥中残留的DO消耗殆尽后，由于机械搅拌供氧本身效率较低，且乙酸钠的降解过程中消耗O2，使得反应器内形成了一个持续的微氧环境，由于环境的改变，异养菌生长进入一个停滞期，停滞期末期，此时，异养菌的代谢活性明显增强，乙酸钠的降解速率明显加快。

由上述实验结果可以发现，在微氧条件下DO约为0.3～0.5 mg/L，乙酸钠的存在对硝化作用起到了间接抑制作用，当有机碳源被消耗殆尽，异养菌由于受到基质不足的抑制，活性下降，此时，硝化作用开始发生。

2.3乙酸钠连续实验硝化抑制情况

图11　乙酸钠对混合污泥连续式反应硝化抑制情况Fig.11　Effect of CH3COONa on nitrification inhibition in continuous experiment

3　结　论

(1) 在温度为(30±1) ℃，DO为(5.9±0.1) mg/L，MLSS约为4500～5000 mg/L的条件下，以乙酸钠作为有机碳源，初始TOC浓度为55.5 mg/L、113.6 mg/L和258.0 mg/L的乙酸钠分别能在1 h、1.5 h和4 h内降解完全。

(3) DO约为0.3～0.5 mg/L的条件下，乙酸钠还没有被完全降解时，硝化作用完全被抑制，表明在DO含量不足以同时满足异养微生物和硝化细菌的生长需要时，异养微生物与硝化细菌会对DO产生争夺，而硝化细菌对DO的亲和力较低，在竞争过程中处于劣势，硝化作用始终处于被抑制状态。非毒性有机物对硝化作用的抑制属于间接抑制，抑制机制在于异养微生物与硝化细菌之间对于营养物质和生存条件的竞争，当环境条件可以同时满足二者的生长代谢需要时，短期内抑制作用不会出现。

(4)即使在DO充足的情况下，经过长时间的较高有机负荷驯化，会使反应器内的微生物种群结构发生改变，导致异养菌在数量上占据了绝对优势地位，导致硝化抑制的发生。

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Investigation on Nitrification Inhabitation from Sodium Acetate during Coking Wastewater Bio-treatment

YUZhe1,WEIChao-hai2

(1 Guangzhou Marine Geological Survey, Laboratory of Marine Mineral Resources,Ministry of Land and Resources,Guangdong Guangzhou 510700; 2 School of Environment and Energy, South China University of Technology, Guangdong Guangzhou 510006, China)

According to the supposed function of O1/H/O2 bio-treatment process on coking wastewater, in order to realize the simultaneous decarburization and half nitrification during O1 process, the nitrification inhabitation was investigated by sodium acetate during coking wastewater bio-treatment with the experimental sludge mixed with nitrification bacteria and heterotrophic bacteria as well as sodium acetate as the non-toxic organic compounds. It found out Nitrification inhibition by CH3COONa belonged to the population suppression type, on the presence of organic carbon heterotrophic bacteria competed with nitrifying bacteria to get nutrients and living conditions.

O1/H/O2 bio-treatment process; coking wastewater; sodium acetate; nitrification inhibition

于哲(1987-)，女，硕士,助理工程师,研究方向：分析化学。

X784

A

1001-9677(2016)08-0092-05