焦化废水前置好氧流化床处理的必要性解析

从浓度变化曲线的趋势来看，曲线在4～6h内均有一个较为明显的拐点，拐点前变化相对缓慢，拐点后变化相对迅速，换句话说，SCN–和CN–在0～4h前的降解速率要低于6～10h的降解速率。这种现象产生的原因是由于起始阶段高浓度的酚类对SCN–和CN–的降解均具有毒性抑制作用[21]，所以它们的降解要滞后于酚类的降解。

韶钢二期焦化废水处理工程调试运行中也观察到类似现象，当进水酚浓度为350～400mg/L时，一级好氧单元对SCN–去除率仅为35%～40%，而当进水酚浓度降低为150～220mg/L时，SCN–去除率提高至97%～99%[16]。

另外，值得注意的是，好氧过程中NH4+-N的浓度不但没有降低，反而随时间缓慢增加，认为有两个方面的原因：其一是好氧降解的初期阶段，凯式氮转化为氨氮；其二是由于硝化细菌在高C/N比的环境下难以成为优势菌种，氨氮的硝化作用较弱；具体表现为，随着好氧过程中SCN–、CN–及一些含氮有机物的碳氧化作用，氮元素则以氨化的形式转化为氨氮，导致废水中NH4+-N浓度不断增加[22]。

BOUCABEILLE等[23]的研究也证实了这一点，他们指出100mg的SCN–可释放24mg的NH4+-N，其中约10%被微生物同化利用，其余则多以NH4+形式存在于水中。

2.2不同有机负荷下的好氧处理效果

在反应器连续进水的条件下，维持生物量在8g/L左右，DO为1.0～1.5mg/L，通过调节不同的进水流量，使对应的HRT分别控制为18h、14h、12h、10h和8h，考察不同的进水有机负荷下三重环流内循环好氧生物流化床对焦化废水的处理效果。每次调整进水流量后均维持稳定运行6天，运行结果如图4和图5所示。

由图4中可知，在连续进水条件下，COD去除率随有机负荷的递增而不断降低。实际上，有机负荷由2.33kgCOD/(m3˙d)上升到5.42kgCOD/(m3˙d)时，COD平均去除率由91.2%降至85.5%，但此时相对应的HRT由18h降至为8h，即有机负荷提高了2.3倍，COD去除率仅降低了6%左右，这充分说明了三重环流内循环好氧流化床具有较强抵抗进水冲击负荷的能力。

在有机负荷低于3.64kgCOD/(m3˙d)的情况下，COD去除率可达88.3%以上；随着有机负荷的进一步增加，好氧出水COD平均浓度由415mg/L上升到700mg/L。从有利于后续好氧硝化过程的角度出发，有机负荷低即HRT长，COD去除效果好；但是，当HRT超过12h后，COD去除率提高比较缓慢，单位有机物降解所需的能耗增加，该结果与2.1.1节中静态试验的结果基本一致，说明此时废水的可生化性降低，出水中的COD主要是难生物降解的COD，继续延长好氧水力停留时间对这部分COD的去除作用不明显。

图5反映了不同有机负荷条件下，酚和SCN–浓度随运行时间的变化规律。当有机负荷低于4.48kgCOD/(m3˙d)即HRT大于10h时，反应器处于高效降解酚的过程中，出水中酚的浓度始终维持在25mg/L以下，酚去除率高达98%以上。

SCN–去除率随有机负荷的增加不断的降低，在有机负荷低于3.64kgCOD/(m3˙d)即HRT大于12h的情况下，其去除率可保持在89%以上，进一步缩短HRT，SCN–出水浓度增加较快。实际运行中也发现，HRT缩短的空间也较为有限，当控制HRT为8h时，为了维持反应器内部的溶解氧条件，此时的曝气量已经处于偏大状态，气体湍动作用导致部分污泥絮体破碎、细化，出现污泥流失现象，出水中酚和SCN–的平均浓度上升至91.3mg/L和84.8mg/L，这对后续好氧硝化过程也是不利的。

图4和图5共同说明，对于三重环流内循环好氧生物流化床处理焦化废水来说，采用12h的HRT可能是较为理想的选择，此时的好氧处理过程最为经济有效；当进水有机负荷为3.53～3.74kgCOD/(m3˙d)、MLSS为8.0g/L、DO为1.0～1.5mg/L时，反应器对COD、酚及硫氰化物的平均去除率分别为88.3%、99.1%和92.1%，为后续硝化过程提供了适宜的环境条件。

此外，由于前置好氧处理工艺进水有机负荷较高，为了维持反应器内足够的溶解氧，曝气需要消耗相对较多的电能；但三重环流内循环好氧流化床因优越的混合与传质特性且保持高的生物浓度及生物活性，使水中的溶解氧得到更加充分利用，提高了氧传递和利用效率，在一定的有机负荷下实现了焦化废水的高效生物处理过程，减少了生物系统的水力停留时间和基建投资，也达到了过程优化节能的目标。

2.3主要有机组分的变化规律

为了明确焦化废水前置好氧生物处理过程中多种有机物的降解和转化规律，在有机负荷为3.53～3.74kgCOD/(m3˙d)下，分别取反应器的进、出水水样，经过0.45μm滤膜预处理后进行UV-Vis和GC-MS分析，结果如图6和表2所示。

由图6可知，反应器进水的UV-Vis吸收光谱在200～250nm之间和250～300nm之间出现2个较大的吸收峰。根据胡记杰等[24]的研究，200～250nm的吸收峰由焦化废水中存在的单环芳香族化合物的E吸收带形成，250～300nm之间的吸收峰由单环芳香族化合物的B吸收和多环芳烃及氮杂环类有机物的E2吸收带形成，而300nm到370nm的吸收带则是由多环芳烃和氮杂环类有机物的B吸收形成。

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