焦化廢水生物處理中的乙酸鈉硝化抑制行為探究

于　哲，韋朝海

(1 廣州海洋地質調查局,國土資源部海底礦產資源重點實驗室， 廣東　廣州　510700；2 華南理工大學環境與能源學院，廣東　廣州　510006)

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焦化廢水生物處理中的乙酸鈉硝化抑制行為探究

于哲1，韋朝海2

(1 廣州海洋地質調查局,國土資源部海底礦產資源重點實驗室， 廣東廣州510700；2 華南理工大學環境與能源學院，廣東廣州510006)

根據焦化廢水O1/H/O2工藝的設計功能，期望在O1中實現脫碳與半硝化反應的同步進行，對非毒性有機物對硝化抑制情況和抑制機理進行研究，以硝化菌和異養菌共存的混合污泥為實驗菌源，以乙酸鈉作為非毒性有機物的代表，研究焦化廢水生物處理中非毒性有機物在不同條件下對硝化過程的抑制作用，發現乙酸鈉對硝化細菌沒有毒害作用，其硝化抑制機制在于導致異養微生物與硝化細菌之間對于營養物質和生存條件的競爭

O1/H/O2；焦化廢水；乙酸鈉；硝化抑制

1　實　驗

1.1實驗用水

表1　基本實驗用水組成配置方法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實驗菌源

本試驗用活性污泥取自廣東韶鋼松山股份有限公司焦化廢水二期處理工程A/O1/H/O2組合工藝二級好氧池(O2)，O2段的主要功能是生物硝化作用。

1.3實驗裝置與實驗方法

1.3.1乙酸鈉對混合污泥間歇式反應硝化的抑制(簡稱乙酸鈉間歇實驗)

(1) 實驗裝置

圖1　間歇式反應裝置Fig.1　Reactor for batch reaction

(2) 實驗方法

表4　乙酸鈉間歇實驗設計及TOC當量Table 4　Batch experiment design of nitrification inhibition byCH3COONa

1.3.2微氧條件下乙酸鈉對混合污泥間歇式反應硝化的抑制(簡稱微氧實驗)

(1) 實驗裝置

微氧實驗在如圖2的反應裝置內進行，為了保證間歇反應器內溶解氧濃度保持在較低水平，同時使微生物與廢水均勻混合，泥水充分接觸，使用電力攪拌機對反應器進行機械攪拌供氧。電力攪拌機可進行轉速調節。

圖2　微氧實驗反應裝置Fig.2　Micro-aerobic water treatment reactor

(2) 實驗方法

1.3.3乙酸鈉對混合污泥連續式反應硝化的抑制 (簡稱乙酸鈉連續實驗)

(1) 實驗裝置

生物流化床因具備優越的傳質、傳氧性能、較高的容積負荷率和污泥負荷率而被認為是最有發展潛力的生物處理技術[13]。本實驗以自行設計加工的簡易有機玻璃流化床作為連續式實驗裝置，具體結構參數如下：內筒直徑：d1=85 mm；外筒直徑：d2=135 mm；反應區高度：H=300 mm，有效體積為：V=4 L。

(2) 實驗方法

乙酸鈉連續實驗在圖3所示的好氧生物流化床內進行。混合污泥控制反應器進水流量為0.5 L/h，HRT為8 h，DO控制在(4.9 ±0.2) mg/L。原水乙酸鈉投加情況和TOC當量見表5。

表5　乙酸鈉連續實驗設計及乙酸鈉固體投加量Table 5　Continuous experiment design of nitrification inhibition by CH3COONa

1.4實驗儀器與分析方法

表6中所列出的各檢測項目分析方法均參考國家環保總局編寫的《水和廢水檢測分析方法》(第四版)。TOC的測定使用日本島津TOC分析儀。

表6　測試指標及其測定方法Table 6　Analytical items and methods for wastewater quality

2　結果與討論

2.1乙酸鈉間歇實驗硝化抑制情況

圖4　乙酸鈉的降解動力學曲線Fig.4　Kinetics of CH3COONa

圖5　不同乙酸鈉濃度(以TOC計)下的氨氮降解曲線Fig.5　Effect of different concentrations of CH3COONa (TOC) on ammonia degradation

圖6　不同乙酸鈉濃度(以TOC計)下的亞硝氮變化情況Fig.6　Effect of different concentrations of CH3COONa (TOC) on Nitrite production

圖7　55.5 mg/L TOC濃度下硝化與除碳的協同變化關系Fig.7　Synergy of nitrification and removal of carbon on the TOC concentration of 55.5 mg/L

圖8　113.6 mg/L TOC濃度下硝化與除碳的協同變化關系Fig.8　Synergy of nitrification and removal of carbon on the TOC concentration of 113.6 mg/L

圖9　258 mg/L TOC濃度下硝化與除碳的協同變化關系Fig.9　Synergy of nitrification and removal of carbon on the TOC concentration of 258 mg/L

不同乙酸鈉初始濃度下(以TOC計)混合污泥硝化與除碳的協同變化關系如圖7～圖9所示。

2.2乙酸鈉微氧實驗硝化抑制情況

圖10　微氧條件下硝化與除碳的協同變化關系Fig.10　Synergy of nitrification and removal of carbon under the conditions of 0.3 to 0.5 mg/L

由圖9可知，初始濃度(以TOC計)為258 mg/L的乙酸鈉在DO=(5.9±0.1) mg/L的條件下4 h可以完全降解。由圖10可知，DO約為0.3～0.5 mg/L，其他操作條件相同的條件下，初始濃度(以TOC計)為297 mg/L的乙酸鈉完全降解需要30 h，且乙酸鈉的降解曲線明顯分為三個階段：首先0～6 h內，乙酸鈉經歷了一個快速降解期，去除速率為12.88 mg/L/h，6～16 h，經歷了一個約10 h的降解停滯期，16 h后，乙酸鈉的降解速度明顯加快，去除速率為15.51 mg/L/h，出現該現象的原因可能是0～6 h內，雖然外源供氧不足，但是活性污泥中本身還殘余一定的DO，為微生物的生長代謝提供了氧源，使乙酸鈉的生物降解在反應初期經歷了一個快速降解期；當活性污泥中殘留的DO消耗殆盡后，由于機械攪拌供氧本身效率較低，且乙酸鈉的降解過程中消耗O2，使得反應器內形成了一個持續的微氧環境，由于環境的改變，異養菌生長進入一個停滯期，停滯期末期，此時，異養菌的代謝活性明顯增強，乙酸鈉的降解速率明顯加快。

由上述實驗結果可以發現，在微氧條件下DO約為0.3～0.5 mg/L，乙酸鈉的存在對硝化作用起到了間接抑制作用，當有機碳源被消耗殆盡，異養菌由于受到基質不足的抑制，活性下降，此時，硝化作用開始發生。

2.3乙酸鈉連續實驗硝化抑制情況

圖11　乙酸鈉對混合污泥連續式反應硝化抑制情況Fig.11　Effect of CH3COONa on nitrification inhibition in continuous experiment

3　結　論

(1) 在溫度為(30±1) ℃，DO為(5.9±0.1) mg/L，MLSS約為4500～5000 mg/L的條件下，以乙酸鈉作為有機碳源，初始TOC濃度為55.5 mg/L、113.6 mg/L和258.0 mg/L的乙酸鈉分別能在1 h、1.5 h和4 h內降解完全。

(3) DO約為0.3～0.5 mg/L的條件下，乙酸鈉還沒有被完全降解時，硝化作用完全被抑制，表明在DO含量不足以同時滿足異養微生物和硝化細菌的生長需要時，異養微生物與硝化細菌會對DO產生爭奪，而硝化細菌對DO的親和力較低，在競爭過程中處于劣勢，硝化作用始終處于被抑制狀態。非毒性有機物對硝化作用的抑制屬于間接抑制，抑制機制在于異養微生物與硝化細菌之間對于營養物質和生存條件的競爭，當環境條件可以同時滿足二者的生長代謝需要時，短期內抑制作用不會出現。

(4)即使在DO充足的情況下，經過長時間的較高有機負荷馴化，會使反應器內的微生物種群結構發生改變，導致異養菌在數量上占據了絕對優勢地位，導致硝化抑制的發生。

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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，碩士,助理工程師,研究方向：分析化學。

X784

A

1001-9677(2016)08-0092-05