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焦化废水处理厂活性污泥对硫氰化物的降解机制

北极星环保网来源:《环境化学》作者:张玉秀2017/8/17 16:29:45我要投稿
所属行业: 水处理  关键词:焦化废水 活性污泥 工业废水

北极星环保网讯:用分光光度法和离子色谱法,研究了A/A/O工艺焦化废水处理厂的进出水质和活性污泥对硫氰化物(SCN-)的降解机制.研究结果表明,SCN-主要在A/A/O工艺的好氧单元中降解去除;在常温(25℃)下活性污泥对SCN-降解的动力学过程符合米氏方程,Vmax为11.15mgSCN-˙(g-1MLSS)˙h-1,Km为44.96mg˙L-1;15℃低温显著降低SCN-的降解速率;在15℃下,92.62mg˙L-1SCN-能在24h内完全降解,其中的N和S元素相应地生成了NH3、NO-2和S2-等中间代谢产物,并最终转化为产物NO-3和SO2-4;N和S元素的转化率分别为94.32%和99.08%,基本符合物料守恒定律,说明SCN-中N和S元素在好氧池中可以彻底降解转化NO-3和SO2-4.这些结果对于了解好氧池的功能和提高焦化废水中的SCN-去除率具有重要意义.

焦化废水

关键词:硫氰化物,活性污泥,生物降解,焦化废水.

焦化废水是原煤高温干馏、煤气净化和化工副产品回收与精制过程中产生的工业废水,其中含有酚类、吡啶、吲哚、喹啉、氰化物、硫氰化物(SCN-)和氨氮等几十种污染物质,成分复杂,污染物浓度高,毒性大,性质非常稳定,是一种典型的难降解有机废水,其特征之一是富氮缺磷.在焦化废水的含氮化合物中,无机氮化合物主要为NH+4-N(33.6%)、氰化物(7.5%)和SCN-(40.4%),折算的总氮浓度约240mg˙L-1,占82.5%左右;

有机氮化合物主要为胺类、有机腈类和含氮杂环化合物(如吡啶、吲哚和喹啉等),折算的总氮浓度低于50mg˙L-1,约占17.5%[2,4].酚类、硫氰化物和氰化物等是焦化废水COD的三大主要来源[1],其去除效果直接影响出水的达标排放.

SCN-可结合蛋白质,是一种非竞争性抑制剂,能抑制多种酶学反应过程,低浓度(1—2mmol)的SCN-可以毒害多种高等生物[5].活性污泥中含有多种微生物,其中一些微生物可以以SCN-作为其碳源、氮源或硫源,将其代谢为SO2-4、CO2和NH+4,约10%NH+4-N可进一步被微生物转化为生物质,其他则以NH+4形式进入水体[8].

在焦化废水A/A/O工艺中,好氧池能把SCN-逐步氧化为NH3、NO-2和NO-3,硝态氮可以通过回流实现反硝化,最后转变为氮气而去除.研究表明SCN-的降解有两种途径,在焦化废水处理厂分离的SCN-降解菌Thiobacillus thioparus属于COS降解途径[9],而在金冶炼废水污染土壤中分离的Pseudomonas Putida和Pseudomona,stutzeri属于CNO-降解途径[10].

两级膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器,在微氧条件下对焦化废水SCN-(287.1—539.9mg˙L-1)的去除率高达99.9%[11].SCN-与酚类和NH3之间存在交互影响作用,高浓度苯酚严重抑制SCN-的降解,而SCN-抑制苯酚和NH3生物降解.所以,研究SCN-的降解动力学和去除机制对于预测生物反应器的功能具有重要意义.

SCN-的降解转化受污泥特性、反应器的性质与运行条件的影响.广东韶钢焦化废水处理厂活性污泥对SCN-的降解动力学已有报道[1],但是对其氧化降解过程中S和N元素的转化规律未见报道.鞍山钢铁集团焦化废水处理厂是A/A/O工艺,不同于韶钢的生物流化床A/O1/H/O2工艺,此外,我国东北地区冬季寒冷漫长,夏季温暖短暂,六月份平均气温是28℃左右,十月份平均气温是10℃左右,15℃左右的气温经常出现,15℃低温下SCN-降解转化鲜见报道.所以,本研究以鞍钢A/A/O工艺为基础,研究好氧段的活性污泥对SCN-降解机理和动力学特征,可为实际工艺运行提供理论基础.

1材料与方法

1.1活性污泥和水样

鞍山钢铁集团焦化废水处理厂焦化废水水质和A/A/O工艺运行参数见表1.

表1焦化废水主要水质指标和运行参数

焦化废水

厌氧池和缺氧池的溶解氧(DO)<500mg˙L-1,好氧池DO约4000—7000mg˙L-1.活性污泥取自A/A/O工艺的曝气池.水样为人工模拟配制的不同浓度的硫氰化钾(KSCN)废水.在采集的活性泥样品中,加入含SCN-浓度100mg˙L-1的模拟废水,曝气活化培养24h,经沉淀澄清、去上清液后,测定其污泥浓度(MLSS).根据焦化废水处理厂好氧池活性污泥浓度(3—5g˙L-1)范围,配制4g˙L-1MLSS的活性污泥,用于反应器中SCN-降解实验和动力学分析.

1.2实验装置

SCN-的降解动力学和降解机制分析在1L有机玻璃圆桶反应器进行,其中泥水总体积为700mL,SCN-是唯一的碳、氮、硫源,用充氧泵曝气,使DO约4.0—7.0mg˙L-1.将pH计、温度计、溶解氧便携测定仪和九联曝气头放入反应器中,实时监测相关指标的变化;并定时取样测定NH3-N、NO-2、NO-3、S2-、SO2-4和COD等水质指标.

延伸阅读:

如何实现焦化废水的经济运行

现代化工企业中的焦化废水处理技术

臭氧催化氧化深度处理焦化废水的试验研究

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