焦化废水前置好氧流化床处理的必要性解析

反应器上升区底部设有硅橡胶膜管式曝气器（德国RAUBIOXON），以实现均匀曝气和流态化过程；曝气装置产生的气泡直径为1.5～2.0mm，氧利用率29%，动力效率为7kgO2/(kW˙h)。上升区采用了三段式内导流筒（平面尺寸90cm×50cm），即普通一段式内导流筒被两段10cm间隙均分为三段，以实现流体三重内循环，强化混合传质性能[13]；流化床长边方向的两侧设有斜管固液分离区，使分离后的活性污泥沿分离区底部倾斜壁面向下滑动，并不断被向下流动的循环液相卷吸进入主反应区，防止出水带走菌胶团，保证反应器内的微生物量并实现污泥自动回流；内导流筒底隙设置了十字形挡板，挡板尺寸与内导流筒相同，可有效降低反应器底部流动阻力系数，实现流态有序、矢量归一的目标[14]；与此同时，内导流筒两条长边上方还增设了漏斗型导流装置，以改变气、液、固三相的运动方向，强化混合与传质效果，同时减小流动阻力，降低运行能耗[15]。

经调节池均衡水质水量后的焦化废水首先进入高位水箱中，由转子流量计计量后从反应器底部引入，由顶部分离区的溢流堰流出。

1.3实验方法

实验直接以广东韶钢焦化厂二期废水处理工程一级好氧生物系统的活性污泥为菌种进行接种和驯化，以缩短反应器启动时间。由于焦化废水中不含磷，废水进入反应器前按C/P为100/1投加磷酸二氢钾。反应器内加入种泥后注入焦化废水至设计水位，关闭进水阀，闷曝3天后停止曝气，静置沉淀1h后滗去上清液。重新注入新鲜焦化废水至设计水位，开启曝气器，进行批式静态试验。

试验环境温度为28～33℃，维持好氧流化床内污泥浓度约为8.0g/L，溶解氧（DO）为1.0～1.5mg/L，采样分析各时段的COD、挥发酚、SCN–、CN–及NH4+-N。随后，将反应器改为连续进水和出水，在保证正常流态化条件下，调节曝气量维持升流区上部DO为1.0～1.5mg/L，水力停留时间（HRT）为24h，待反应器运行稳定后开始进行动态试验，考察不同有机负荷下反应器对COD和酚的去除效果，并对进、出水中的有机物进行UV-Vis光谱和GC-MS分析。

1.4分析方法

COD、BOD5、挥发酚、CN–、NH4+-N、活性污泥浓度（MLSS）等常规水质指标的测定参照《水和废水监测分析方法》第四版；SCN–采用文献[16]的方法测定。TOC、DO和pH分别采用1020A型TOC分析仪（OIAnalytical）、Oxi330i/340i型便携式溶氧仪（WTW）和pHS-3C型酸度计（上海雷磁）进行分析测试；UV-Vis光谱分析：将水样经0.45μm滤膜过滤后稀释10倍，采用UV-3010型紫外-可见分光光度计（Shimadzu）进行分析；GC/MS分析采用QP-2010型气相色谱质谱联用分析仪（Shimadzu），色谱柱为HP-5MS毛细石英管柱（30m×0.25mm×0.25μm），其样品预处理方法及色谱分析条件见文献[17]。

2实验结果与讨论

2.1流化床间歇运行处理效果

2.1.1COD和挥发酚去除效果

图2为采用间歇进水方式时在一个实验周期内COD及挥发酚浓度随曝气时间的变化情况。

由图2可以看出，当进水COD和酚的浓度分别为5463.9mg/L和1318.5mg/L时，在MLSS为8.0g/L及DO为1.0～1.5mg/L的条件下，经10h的好氧降解，出水COD仅为891.2mg/L，而挥发酚浓度已低于15mg/L。此时对应的COD和挥发酚的去除率分别为83.7%和99%，这说明新型生物流化床反应器对挥发酚具有极高的去除能力。

这是由于三重环流内循环流化床反应器的气含率在相同实验条件下较单重环流的反应器高10%～15%，所需的混合时间缩短约10%，体积氧传质系数KLa提高10%以上[18]，从而表现出良好的抗酚类毒性抑制和更高的降解效率。

另一方面，在好氧降解过程中，酚与COD的降解变化规律基本一致。由图2可见，COD和酚在反应初期（0～6h）去除较快，而随着曝气时间的延长（6～12h），其去除率呈下降趋势，最终（12～14h）去除速率接近于零。这是由基质降解动力学所决定的，反应初期的基质浓度较高，属动力学零级反应，基质浓度线性降低；基质浓度降低到一定水平时，此时降解速率与基质浓度成正比，属动力学一级反应，反应速率随基质浓度一起逐步降低；最后阶段废水中可降解的有机组分消耗殆尽，最后剩下的有机物多为结构复杂的多环芳烃及含氮杂环化合物等，在短时间内难以实现有效降解，需要联合后续厌氧工艺以还原、水解等方式提高其生物降解性后再行好氧降解。

2.1.2硫氰化物、氰化物及氨氮去除效果

SCN–和CN–是焦化废水中主要的含碳无机污染物，对硝化过程均有毒性抑制作用[19]，其抑制浓度分别为30～60mg/L和0.2mg/L[20]，因此，考察它们在好氧过程中的去除效果对实现后续生物处理解抑制作用具有重要意义。

图3为间歇进水时一个实验周期内SCN–、NH4+-N及CN–浓度随曝气时间的变化规律。由图中可知，焦化废水中的SCN–和CN–经过12h的好氧处理后，出水浓度分别为34.5mg/L和5.82mg/L。此时对应的SCN–和CN–去除率分别达到93.6%和83%以上，极大削减了其对硝化过程的毒性影响。

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