焦化废水亚硝化阶段的微生物作用机理探讨.pdf

[ 15] 涂洁, 侯浩波. HAS 土壤固化剂对电镀污泥处理效果的研究. 环境工程, 2003 4 44 -47 [ 16] Glasser F P . Chemistry and microstructure of solidified waste s. Boca Raton Lewis Publishers, 1993 1 -31 [ 17] 袁玲,施惠生. 焚烧灰中重金属溶出行为及水泥固化机理. 建 筑材料学报, 2004, 7 1 77-80 [ 18] 李磊. 污泥固化处理技术及重金属污染控制研究 [ 博士学位 论文] . 南京 河海大学, 2006 [ 19] Sand W, Rohde K , Sobotke B, et al.uation of leptospirillum ferroxidans for leaching. Appl. Environ. Microbiol. , 1992, 58 85 -92 [ 20] 韩怀芬, 楼飞永, 郑建军. 氧化硫硫杆菌对铬渣固化体的影 响. 浙江工业大学学报, 2005, 33 4 383 -406 [ 21] Mark H, Eric A M , Deborah R, et al.In situ assessment of active thiobacillus species in corroding concrete sewers using fluorescent RNA probes . International Biodeterioration 2.鞍钢集团设计研究院, 辽宁 鞍山 114051 摘要 采用亚硝化-厌氧氨氧化工艺降解焦化废水中的 NH 4-N, 主要针对亚硝化段进行研究。 亚硝化段可采用悬浮污 泥法或生物膜法实现, 通过悬浮污泥法和生物膜法的对比, 探讨亚硝化段微生物作用机理。 研究结果表明, 悬浮污泥 法中, 氨氧化菌为优势菌, 亚硝化反应是氨氧化菌的作用结果, 反应性质为短程硝化; 生物膜法中, 亚硝化反应由氨氧 化菌、亚硝酸氧化菌和反硝化菌共同作用完成, 所实现的反应为同时硝化反硝化。 悬浮污泥法比生物膜法的亚硝化经 历路径简单, 但悬浮污泥法不如生物膜法耐冲击负荷。 关键词 焦化废水 亚硝化 反硝化 氨氧化菌 反硝化菌 亚硝化菌 1 工程概况 焦化废水 [ 1- 2] 为煤高温干馏、煤气净化及化工产品 精制过程中产生的污水, 是目前较难处理的废水。其 成分复杂,组分种类繁多且污染物浓度较高 。本试验 所处理的焦化废水取自某化工厂,水质特点见表 1。 试验处理的焦化废水有机物含量高 ,但可生化性 较差; 焦化废水中还含有氨、氰 、硫氰根等无机污染 物,其中含量较高的污染物为 NH 4- N, 可达 350 ～ 600 mg L 。 表 1 焦化废水水质mg L pH 除外 CODNH 4-N pH 值KN总氰化物矿物油酚 ≈ 3 000200～ 600 7. 5～ 9. 0 350～ 6005～ 1534～ 210 110～ 240 本试验采用亚硝化 -厌氧氨氧化工艺降解焦化 废水中的NH 4-N。通过悬浮污泥法和生物膜法的对 比探讨该工艺中亚硝化段微生物作用机理。 2 试验方法 2. 1 工艺简述 亚硝化 - 厌氧氨氧化工艺分为好氧阶段和厌氧 阶段 ,在好氧段通过优化反应条件使硝化反应控制在 亚硝化阶段 ,使部分NH 4- N 转化为NO - 2- N, 转化率控 制在 50～ 60, 出水进入厌氧段后通过厌氧氨氧 化反应直接将 NH 4- N 和 NO - 2-N 去除 。其反应机理 如下 NH 41. 5O2 氨氧化菌 NO - 2 H2O2H NH 4 NO - 2 厌氧氨氧化菌 N2 2H2O 亚硝化 - 厌氧氨氧化工艺与传统的硝化反硝化 脱氮工艺相比,具有以下优点 ①可以大幅度地降低 硝化反应的充氧耗能 ; ②免去反硝化反应的外源电子 供体 ; ③ 可节省传统硝化反硝化反应过程中所需的中 76 环 境 工 程 2008年 4 月第26 卷第2 期 和试剂; ④产生的污泥量极少 。 2. 2 试验装置 本试验采用圆柱形有机玻璃反应器 ,试验装置见 图1。反应器外缠电阻丝保温 ,内置微孔曝气器。柱 高1 900 mm, 直径 190 mm , 有效容积 30 L 。反应器共 有5 对取样口, 实际应用有 3 对 ,用于采集反应器不 同部位水样, 混匀后即可反应整个反应器的处理情 况。反应器下部有一个排泥口 ,便于定期排泥 。 图 1 试验装置 3 试验结果 3. 1 出水水质变化 亚硝化阶段即好氧段的控制条件为 温度 35 0. 5 ℃, pH 值 8. 0 ～ 8. 3,DO 为 1 mg L , 进水 NH 4- N 为300 ～ 500 mg L ,NH 4-N 容积负荷 N 分 5 段进行, N1～ N5分别为 0. 1、 0. 15、 0. 2、 0. 25、 0. 3 kg m 3 d 。 悬浮污泥法及生物膜法出水水质见图 2、 图 3。 图 2 悬浮污泥法出水水质变化 由 图 2 可 知, 当 NH 4- N 负 荷 为 0. 1 ～ 0. 15 kg m 3d 时 , 悬 浮污 泥法 处理 焦 化废 水的 出水 NH 4- N稳定 ,为 100 mg L左右 ,且出水 NO - 2- N 逐渐升 高,没有出现过高的 NH 4- N 浓度抑制亚硝化反应的 现象 。当负荷为 0. 2～ 0. 25 kg m 3d 时 ,出水NH 4- N 浓度开始升高, 而且出水 NO - 2- N 浓度几乎不再增长, 此时 反 应 器中 出 现抑 制 现 象。 当 负 荷提 高 到 0. 3 kg m 3d 时 ,亚硝化反应完全受到抑制。在试验 45 d内,NH 4- N 负荷由低变高,但 NH 4- N 转化率总体 呈下降趋势 ,由 70 下降到 40,中间略有波动 。 图 3 生物膜法出水水质变化 由图 3可知, 当负荷为 0. 1～ 0. 3 kg m 3d 时 ,生 物膜法处理焦化废水的出水 NH 4- N 基本保持在 100 mg L左右, 出水 NO - 2-N 仅在每次提高负荷时有 所下降 , 此后逐渐升高, 说明即使在负荷提高到 0. 3 kg m 3d 时 , 生物膜法仍可高效的处理焦化废 水,而且负荷可进一步提高 。在试验 45 d 内,NH 4- N 转化率体呈上升趋势, 由 65 上升到 80,中间略有 波动 。 亚硝化 -厌氧氨氧化工艺的亚硝化段仅需将 50～ 60的 NH 4- N 转化, 生物膜法和悬浮污泥法 都能达到这一目的 ,但在相同的控制条件下 ,生物膜 法最高负荷为 0. 3 kg m 3 d , 甚至更高, 而悬浮污泥 法最高负荷仅为 0. 15 kg m 3d , 可见, 生物膜法可 承受更高NH 4-N 负荷 。 3. 2 菌相的变化 悬浮污泥法和生物膜法反应器内的菌相组成复 杂,细菌种类多 。经分析 ,在好氧条件下 ,影响亚硝化 的主要细菌为氨氧化菌和亚硝酸氧化菌 ,但由于曝气 的不均匀及膜内部的缺氧 ,不可避免的会出现反硝化 菌。因此本研究的目标细菌为 氨氧化菌 、 亚硝酸氧 化菌和反硝化菌 。 目标细菌的百分比可由下式确定 目标细菌 百分比 目标细菌数 细菌总数 100。 3. 2. 1 悬浮污泥法 好氧段的亚硝化采用悬浮污泥法,在试验的 45 d 中 平均 7 d取样一次,共 6个样。目标细菌变化见表2。 77 环 境 工 程 2008年 4 月第26 卷第2 期 表 2 悬浮污泥法目标细菌的变化 样品 细菌总数 个mL- 1 氨氧化菌 个mL-1 亚硝酸氧化 菌 个mL- 1 反硝化菌 个mL- 1 氨氧化菌 百分比 亚硝酸氧化 菌百分比 反硝化菌 百分比 14. 21070. 81070. 21070. 210519. 04. 80. 05 24. 21070. 81070. 31070. 110519. 07. 10. 02 33. 91070. 71070. 21070. 110517. 95. 10. 03 43. 71070. 61070. 21070. 110516. 25. 40. 03 5 4. 11070. 61070. 21070. 2105 14. 64. 90. 05 6 3. 81070. 51070. 21070. 1105 13. 25. 30. 03 由表 2 可知, 悬浮污泥法的菌相中, 氨氧化菌数 量远远大于亚硝酸氧化菌和反硝化菌, 试验后期悬浮 污泥法无法适应过高的 NH 4-N 负荷, 使氨氧化菌数 量逐渐渐少,但总体来说 ,氨氧化菌为优势菌 。 3. 2. 2 生物膜法 好氧段的亚硝化采用生物膜法, 在试验的 45 d 中平均 7 d 取样 1 次, 共 6 个样 。将所取样品通过 PCR-DGGE 技术进行分析 。结果见图 4。 Marker为 X174- HincⅡdigest, 以Marker为 准从上至下为样品1～ 6。 图 4 生物膜法DGGE 结果 将 DGGE 结果中有代表性的 4 处进行测序。测 序结果应用 BLAST 软件与 Genbank 序列进行同源性 比较。测序结果 1 为 Geobacillus ,该菌是国际上 2001 年新命名的一类细菌 ,已被证实与硝酸盐降解的第 1 步有很大关系 [ 3] ,即 1 为反硝化菌 , 同源性达 92 ; 2 为 Petrobacter ,新分离得到的固氮菌,同源性达99; 3 为 Deinococcus , 耐辐 射球菌 , 同源 性达 92; 4 为 Rhodanobacter ,反硝化菌的一种 ,同源性达 95。 由此可见, 生物膜法的菌相中, 反硝化菌为优势 菌。在所取的样品中没有检测到氨氧化菌和亚硝酸 氧化菌,可能是因为二者的数量少 。为了验证这一猜 测,对生物膜法的菌相进行了MPN 检测 ,结果显示氨 氧化菌和亚硝酸氧化菌的百分比最高仅为 5和 0. 2,而反硝化菌的百分比最高则为 19。 从图 3分析, 进水NH 4- N 不断升高,出水NH 4- N 基本不变 ,出水 NO - 2- N 不断升高, 反硝化菌又不可能 将NH 4-N 直接转化为NO - 2- N ,因此 ,生物膜上少量的 氨氧化菌和亚硝酸氧化菌起了很大的作用,这可能是 由于生物膜最外层为好氧层, 氨氧化菌和亚硝酸氧化 菌在进水 NH 4-N 负荷不太高的情况下 , 可迅速将 NH 4- N 转化为NO - 2- N 和 NO - 3-N, 又在反硝化菌的作 用下将 NO - 3-N 还原为 NO - 2- N 或N2。由于反硝化菌 的作用产生 N2,使得样品中存在较多固氮菌 , 固氮菌 可将N2转化为 NH3或 NH 4- N。 因此 NO - 2-N 是氨氧化菌、亚硝酸氧化菌和反硝 化菌共同作用的结果, 所实现的反应为同时硝化反 硝化 。 4 结论 1 在相同运行条件下 ,达到相同的 NH 4- N 转化 率,生物膜法的 NH 4-N 最高负荷 0. 3 kg m 3 d 比 悬浮污泥法的 0. 15 kg m 3 d 高, 生物膜法比悬浮 污泥法更耐冲击负荷 。 2 菌相研究表明 , 悬浮污泥法处理焦化废水的 亚硝化部分优势菌为氨氧化菌 ,所实现的反应为短程 硝化反应; 生物膜法处理焦化废水的亚硝化部分的反 应由氨氧化菌、亚硝酸氧化菌和反硝化菌共同作用完 成,所实现的反应为同时硝化反硝化 。 参考文献 [ 1] 国家环保局. 钢铁工业废水处理. 北京 中国环境科学出版社, 1992 [ 2] 尹承龙, 单忠健, 曾锦之. 焦化废水处理存在的问题及其解决对 策. 工业给排水, 2000, 26 6 35 -37 [ 3] 周卫民, 杨世忠, Nazina T N, 等. Geobacillus 研究进展. 微生物学 杂志,2005, 25 3 46 -49 作者通信处 金文杰 114051 辽宁省鞍山市高新区千山中路 185号 辽宁科学大学化工学院环境工程系 E -mail jinwenxianzi1994sina . com 2007- 09-03 收稿 78 环 境 工 程 2008年 4 月第26 卷第2 期 RESEARCH ON ADSORBING Cd2IN WATER BY GRANULAR RED MUD Ren Shaojuan Wang Yanqiu 70 Abstract This study puts forward a new to prepare granular red mud GRMand uates its potential use to remove cadmium ions from aqueous solutions as a low -cost adsorbent. The high capability to remove cadmium completely at low concentrations, high adsorption capacity in batch and column adsorption and fine reversibility to be regenerated rapidly for 4 cycles indicate that granular red mud can be used in heavy metals adsorption as an upgraded product for powdered red mud adsorbents. Keywords granular red mud, cadmium and adsorption LEACHING HAZARDNESS OF THE HEAVY METALS FROM CEMENT-SOLIDIFIED SLUDGE Dong Xingling Zhang Huyuan Wang Jinfang et al 74 Abstract The sludge solidifiedby cement can be reused asbuilding materials for geotechnical engineering. This paper analyzes the leaching hazardness of heavy metals from the solidified sludge as affected by pH, Eh and microorganism activities.Research results showed that the leaching toxicity of its has been decreased. Keywords sludge, solidification, heavy metal and leaching toxicity RESEARCH ON MECHANISM OFMICROBES IN NITRIFICATION STAGE OF COKING WASTEWATERJin Wenjie Qi Meng Zhang Qi et al 76 Abstract The process of Nitrification -Anaerobic Ammonium Oxidization was used to remove NH 4-N from coking wastewater, the nitrificationwas mainly studied in this article.Nitrification had been achieved by the of suspended activated sludge or of the biofilm. Research on mechanism of the microbeswas done during the nitrification stage by comparing the process of the suspended activated sludge with that of the biofilm. The results proved that the ammonia -oxidation bacteria were the dominant strain in the suspended activated sludge process, and nitrification had been achieved by them, and the nature of reaction was shortcut nitrification; In the biofilm process, the nitrification reaction was achieved by ammonia -oxidation bacteria, nitrition oxidation bacteria and denitrification bacteria, the nature of reaction was simultaneous nitrification and denitrification. The reaction path of the suspended activated sludge process was shorter than the biofilm process, but the biofilm process sustained higher ammonia loading rate than the suspended activated sludge process. Keywords coking wastewater, nitrification, denitrification,ammonia -oxidation bacteria, denitrification bacteria and nitrite oxidizing bacteria ENGINEERINGDESIGNOFBIOCHEMICALTREATMENTOFWASTEWATERFROM PRODUCTIONOF TRADITIONAL CHINESE MEDICINES Hu Xiaolin Li Dongwei Liu Hongbing 79 Abstract Traditional Chinese medicine manufacturing wastewater was treated by two -phase anaerobic -contact oxidation -BAF process with treating scale of 150 m3 d. The influent quality was as below COD6 000 mg L, BOD52 700mg L and SS310 mg L. The effluent qualtty reached the first class discharge standard of GB8978 -1996. Further more, its engineering investment and operation fee were lower. Keywords traditional Chinese medicine, tow-phase anaerobic and contact oxidation process PRETREATMENTOF LANDFILL LEACHATEWITH ANAEROBIC SEQUENCINGBATCH REACTORYue Xiuping Fu Meihong Gong Zhenqiang 81 Abstract Anaerobic pretreatment of municipal landfill leachate was uated using lab-scale anaerobic sequencing batch reactor ASBR at 30～ 35 ℃. The following conclusionswere drawnfrom the study ASBR hadbetter COD removal rate when COD and OLR were higher relatively; higher COD removal rate could be got in larger HRT at the similar OLR conditions;larger COD removal rate corresponded to bigger tF tRwhen OLRwas lower. At higher OLR the resultwas opposite; COD removal rate was evidently decreasedwith the increase in NH 4-N COD of influent. The COD SO2- 4 was ranged from 5. 52to 11. 41, the sulfate reduction efficiency could reach to 77, so there was not only methane production but also sulfate reduction in ASBR. Keywords landfill leachate, anaerobic sequencing batch reactor ASBR , COD, NH 4-N and COD SO 2 - 4 APPLICATION OF SCREW PRESS DEWATERER INWASTEWATER TREATMENT Ren Tie Sun Xiao Zhang Xiaodong 84 Abstract It is introduced the selection of the technical conditions of a screw press dewaterer and the check of its running effect, it is concluded that the screw press dewaterer can be used to dispose remaining sluge instead of frame pressfilter system, and the application has good prospects. Keywords screw press dewaterer, wastewater, sluge and dewater DOMESTICATION AND MICROORGANISMS OF HIGH SALINITY ACTIVATED SLUDGE Yu Deshuang Zhang Yong Leng Dongdong 86 5 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 26, No. 2,Apr. ,2008