【焦化废水】如何提高O/H/O生物工艺中焦化废水处理效率

3 结果与讨论

3.1 废水中含氮化合物的检出与变化

3.1.1 原水中的含氮化合物

充分了解焦化废水原水中含氮化合物的种类与形态，控制生物降解过程的碳氮比值及动力学约束的氮元素形态转变，可以作为工程设计的依据.煤中含氮官能团的主要存在形态包括吡咯型氮(50%~80%)、吡啶型氮(20%~40%)和季氮(0~20%)，同时还有少量的吡啶酮和芳香胺基的氮结构.煤热解过程中，由于存在热分解反应与多相反应的结合，以较弱共价键与碳原子结合的小分子量含氮支链受热后随挥发分一起进入气相，生成HCN、NH3或者以吡啶、吡咯等形式残留于焦油中.挥发分和焦油中的含氮物质进一步受热发生气固、液固、气液之间的复杂反应，含氮化合物之间相互转化，如吡咯氮转化为吡啶氮，季氮转化为吡啶氮，HCN与煤中的硫合成硫氰化物等.焦化生产的热过程中，含氮化合物转移到被蒸发的水汽中，经冷凝后形成焦化废水.根据检测，本研究焦化废水原水中可以检出的含氮化合物如表  3所示.

表3 焦化废水原水中的主要含氮化合物

NH+4-N、氰化物、硫氰化物、NO-2-N、NO-3-N构成焦化废水原水中的无机氮化合物.NH+4-N的浓度为80.4~116.7 mg ˙  L-1，氰化物的浓度为35.0~48.6 mg ˙ L-1，硫氰化物的浓度为567.4~643.1 mg ˙  L-1，分别占总氮的33.6%、7.5%和40.4%;NO-2-N、NO-3-N在原水中的浓度分别低于3.0 mg ˙ L-1和0.05 mg ˙  L-1，两者的总量约为1%.焦化废水原水中的有机氮化合物基本可归纳为胺类、有机腈类及含氮杂环化合物，共122种，转换为总氮的浓度低于50 mg ˙  L-1.可检测出含氮杂环化合物76种，其中，喹啉浓度为10.07~12.17 mg ˙ L-1，异喹啉浓度为2.86~4.23 mg ˙  L-1;有机腈类22种，其中，2-氨基氰苯的浓度为0.24~0.33 mg ˙ L-1;胺类化合物14种，其中，苯胺的浓度为31.23~59.03 mg ˙  L-1.通过上述分析可知，焦化废水中的总氮由各种形态含氮化合物组成，形态多样性决定了降解过程的复杂性，要实现工程目标，有必要研究各组分的降解特性.

3.1.2 生物出水中的含氮化合物

经过生物处理，含氮化合物一部分转移到污泥相中，一部分以N2和N2O的形式转移到大气中，残余组分留在生物出水中.焦化废水生物出水中的有机氮化合物如表  4所示，可以看出，酰胺类为主要的新生成有机氮化合物，可能来源于有机腈类化合物降解的中间产物.生物出水中的有机氮化合物减少为32种，表达为总氮的浓度约为1 mg  ˙  L-1，经过O/H/O生物工艺，即生物的氧化/还原/氧化过程，焦化废水中的含氮化合物从多组分与多种形态转化为NO-2-N、NO-3-N等高价状态，NO-2-N、NO-3-N所占比例从1%增加到70%，体现了生物处理过程中各种含氮化合物的归趋作用.

表4 焦化废水生物出水中有机氮化合物的存在情况

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