受沖擊煤化工廢水生化系統(tǒng)修復技術(shù)應(yīng)用

常功法，劉　勃，洪　衛(wèi)，季華東，莊會棟，鄒曉鳳（山東省環(huán)科院環(huán)境科技有限公司，山東濟南250100）

受沖擊煤化工廢水生化系統(tǒng)修復技術(shù)應(yīng)用

常功法，劉勃，洪衛(wèi)，季華東，莊會棟，鄒曉鳳
（山東省環(huán)科院環(huán)境科技有限公司，山東濟南250100）

煤化工廢水具有含氨氮濃度較高、水質(zhì)波動較大的特點，易對其生化處理系統(tǒng)造成沖擊而使外排水氨氮超標。通過使用外源硝化菌劑和有機營養(yǎng)劑，可使因生產(chǎn)事故沖擊而性能惡化的生化處理系統(tǒng)得到快速恢復。研究表明，連續(xù)投加外源菌劑可使硝化細菌在土著微生物中快速建立優(yōu)勢，使用有機營養(yǎng)劑可強化普通異養(yǎng)菌功能，間接促進硝化反應(yīng)。同時使用外源硝化菌劑和有機營養(yǎng)劑，可使生化系統(tǒng)4 d內(nèi)恢復正常，而自然恢復則需20 d以上。

煤化工廢水；硝化；有機營養(yǎng)劑；硝化菌

煤氣化廢水即便經(jīng)過氣提或吹脫處理，氨氮濃度往往仍然較高，需經(jīng)生化處理后方能達標排放。生化處理過程中，氨氮被氧化生成硝態(tài)氮的反應(yīng)須由硝化細菌催化完成，而硝化細菌世代時間長，增殖緩慢且易受水質(zhì)、水量沖擊〔1〕。一旦煤化工廢水生化處理系統(tǒng)受到?jīng)_擊，硝化細菌可能大量消失，很難自然恢復。這種情況下，通常需要投加外源硝化菌劑來加速恢復系統(tǒng)硝化功能。鑒于硝化細菌售價較高，適當且充足的投加量對節(jié)省修復成本非常重要，但截止目前，鮮見這方面的報道。

山東某煤化工企業(yè)采用煤氣化工藝，因生產(chǎn)事故導致廢水非正常排放，對生化處理系統(tǒng)造成沖擊，生化處理出水氨氮和COD均有超標。有研究表明〔2〕，有機營養(yǎng)劑可為微生物提供均衡營養(yǎng)，從而強化普通異養(yǎng)菌功能，增效COD去除過程，并可以間接強化硝化功能。該企業(yè)通過投加外源硝化菌劑和有機營養(yǎng)劑來恢復生化系統(tǒng)功能，效果良好，其菌劑和有機營養(yǎng)劑的用量對煤化工廢水處理設(shè)施的運營管理有較好的借鑒意義。

1　材料和方法

1.1廢水處理系統(tǒng)

該企業(yè)廢水生化處理系統(tǒng)采用SBR工藝，共有4組反應(yīng)池，分別記作1#池、2#池、3#池和4#池，單池有效容積4 400m3，MLSS約為6 000mg/L。每個反應(yīng)周期持續(xù)6 h，充水比為4%，冬季生化池水溫通過蒸汽管道控制在27℃左右。生化處理系統(tǒng)進水COD在600mg/L左右，氨氮在200mg/L左右。通常情況下生化處理出水可以達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）的一級A標準，COD和氨氮分別小于50、5mg/L。事故發(fā)生后，生化處理出水COD和氨氮分別上升到100、50mg/L左右，并有繼續(xù)上升的趨勢。

1.2外源硝化菌劑和有機營養(yǎng)劑

外源硝化菌劑和有機營養(yǎng)劑均由山東省環(huán)科院環(huán)境科技有限公司提供。外源硝化菌劑濃度達到1.0×1011mL-1以上；有機營養(yǎng)劑〔3〕利用魚粉、蛋白酶和堿性脂肪酶等原料制成。4#池同時投加了外源硝化菌劑和有機營養(yǎng)劑，每天的投加量如表1所示。4#池單位容積在15 d內(nèi)的投加量：投加外源硝化細菌0.033 kg/m3，有機營養(yǎng)劑0.53 kg/m3。

表1　4#池外源硝化菌劑和有機營養(yǎng)劑投量

為比較外源硝化菌劑和有機營養(yǎng)劑的作用，3#池僅投加硝化菌劑（投量如表1所示），2#池僅投加有機營養(yǎng)劑（投量如表1所示），而1#池采用自然恢復手段，不投加任何藥劑或菌劑。

1.3分析方法

COD、氨氮、MLSS和MLVSS均根據(jù)《水和廢水監(jiān)測分析方法》〔4〕中規(guī)定的方法測定。菌相用奧林巴斯BX41-DP25型顯微鏡觀察，濁度用ZD-9508型濁度儀測定。實驗所得進、出水COD和氨氮均為1 d內(nèi)4次取樣的平均值。

2　結(jié)果和討論

2.1外源硝化菌劑和有機營養(yǎng)劑對生化處理出水COD和氨氮的影響

初次投加外源硝化菌劑和有機營養(yǎng)劑后，1#、2#、3#、4#池出水COD和氨氮的變化情況分別如圖1和圖2所示。

圖1　各池出水COD的變化

圖2　各池出水氨氮的變化

由圖1可以看出，1#池和3#池出水COD穩(wěn)定在100mg/L左右，其中3#池出水COD波動較小。而2#池和4#池出水COD在8 d內(nèi)降低到40mg/L左右，隨后保持穩(wěn)定。2#池和4#池均投加了相同劑量的有機營養(yǎng)劑，而1#池和3#池沒有投加。由此可見，有機營養(yǎng)劑有助于COD降解，這與劉勃等〔5〕的研究結(jié)果一致，他們在造紙廢水生化處理過程中發(fā)現(xiàn)有機營養(yǎng)劑可以強壯普通異養(yǎng)微生物，從而促進木質(zhì)素的生物降解。不投加有機營養(yǎng)劑的情況下（1#池和3#池），廢水生化處理系統(tǒng)功能很難恢復。

由圖2可以看出，1#池出水氨氮穩(wěn)定在45mg/L左右，15 d內(nèi)沒有明顯好轉(zhuǎn)；2#池出水氨氮在第9天降低到20mg/L左右，隨后基本保持穩(wěn)定；3#池出水氨氮在8 d內(nèi)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天即達到了1.0mg/L以下。比較1#池與2#池，可以發(fā)現(xiàn)有機營養(yǎng)劑的使用可以在一定程度上促進硝化細菌的增殖從而改善系統(tǒng)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。這與王凱等〔2〕的研究結(jié)果一致，其在研究煤氣化廢水生化處理過程中發(fā)現(xiàn)，易降解有機物有助于活性污泥系統(tǒng)硝化功能的恢復。將3#池、4#池與1#池、2#池相比，可以發(fā)現(xiàn)外源硝化細菌對硝化功能的恢復有明顯的促進作用，可以在短期內(nèi)去除進水中幾乎所有的氨氮。對比3#池與4#池也可以發(fā)現(xiàn)，在投加外源硝化菌劑的情況下，有機營養(yǎng)劑能夠縮短硝化細菌在土著微生物氛圍中建立優(yōu)勢的時間，加速活性污泥系統(tǒng)功能的恢復。

去除COD和硝化反應(yīng)均需消耗溶解氧，與自養(yǎng)型硝化細菌相比，降解COD物質(zhì)的普通異養(yǎng)菌在獲取氧氣方面更有優(yōu)勢。因此，外排水COD濃度較高的情況下（1#池和3#池），氨氮濃度也會比較高。在普通異養(yǎng)菌比較強壯的情況下，COD降解速率會較高，可能只需要0.5個周期（3 h）即可去除大部分的COD，此后硝化反應(yīng)過程中硝化細菌便無需再與普通異養(yǎng)菌競爭氧氣，于是可以較徹底地去除氨氮。綜上所述，有機營養(yǎng)劑促進氨氮的去除可能是通過強化普通異養(yǎng)菌而間接完成的。如果以上推測成立，投加了有機營養(yǎng)劑的2#池和4#池活性污泥的有機組分應(yīng)該會增高，菌膠團也會變得結(jié)構(gòu)致密、絮體豐富。

2.2外源硝化菌劑和有機營養(yǎng)劑對生化系統(tǒng)活性污泥的影響

外源硝化菌劑和有機營養(yǎng)劑對生化系統(tǒng)活性污泥的影響如圖3所示。

圖3　各池MLVSS的變化

由圖3可以看出，在為期15 d的時段內(nèi)，1#池和3#池MLVSS在3 200mg/L之間波動，而2#池和4#池的MLVSS在前6天內(nèi)迅速升高到4 900mg/L，隨后保持穩(wěn)定。這表明投加了有機營養(yǎng)劑的2#池和4#池中活性污泥的有機組分有顯著提高。對1#池和4#池活性污泥的菌相觀察也支持這種判斷，1#池菌膠團較為松散，原生動物較少，而4#池菌膠團絮體較大且伴隨出現(xiàn)原生動物。2#池和4#池出水濁度比1#池顯著降低（數(shù)據(jù)未給出），可能正是因為菌膠團絮體改善，沉降性能提高所致。綜上所述，MLVSS提高和菌膠團結(jié)構(gòu)改善表明，有機營養(yǎng)劑有利于強化廢水生化處理系統(tǒng)中普通異養(yǎng)微生物的功能。

隨后幾天內(nèi)，1#池、2#池和3#池中均同時投加外源硝化菌劑和有機營養(yǎng)劑，3個池中活性污泥去除COD和氨氮的能力得以快速恢復。

3　結(jié)語

通過投加外源硝化菌劑和有機營養(yǎng)劑使受生產(chǎn)事故沖擊的煤氣化廢水生化處理系統(tǒng)在4 d內(nèi)恢復了去除COD和氨氮的功能，實現(xiàn)生化處理出水達標?？梢缘玫揭韵陆Y(jié)論：

（1）為盡快恢復硝化功能，同時使用外源硝化菌劑和有機營養(yǎng)劑是必要的。外源硝化菌劑起直接作用，有機營養(yǎng)劑通過強化普通異養(yǎng)菌，緩解異養(yǎng)菌與硝化菌之間對氧氣的競爭，間接促進硝化功能恢復。

（2）分批次逐步投加外源硝化菌劑和有機營養(yǎng)劑可使硝化細菌在活性污泥土著微生物中逐步確立優(yōu)勢，單位容積內(nèi)外源硝化菌劑、有機營養(yǎng)劑在15 d內(nèi)的累積投加量分別為0.033、0.53 kg/m3，有效促進了煤氣化廢水生化處理系統(tǒng)功能的恢復。

［1］張明.硝化細菌應(yīng)用技術(shù)研究［D］.上海：華東師范大學，2003.

［2］王凱，洪衛(wèi)，劉勃，等.甲醛對煤化工廢水生化處理系統(tǒng)的沖擊及快速修復技術(shù)研究［J］.環(huán)境工程，2015，33（9）：64-68.

［3］洪衛(wèi)，劉勃，鄒曉鳳，等.一種廢水生化處理微生物營養(yǎng)劑的制備方法：中國，103224887A［P］.2013-07-31.

［4］國家環(huán)境保護總局.水和廢水監(jiān)測分析方法［M］.4版.北京：中國環(huán)境科學出版社，2002：107-291.

［5］劉勃，洪衛(wèi)，郎詠梅，等.有機營養(yǎng)劑在造紙綜合廢水處理中的應(yīng)用研究［J］.中華紙業(yè)，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—），高級工程師。E-mail：changgongfa@ 126.com。

2016-07-06（修改稿）