含生物毒性物质的化T污水对硝化作用的影响

王俊杰¹，宁艳春¹，侯德刚²
(1.中国石油吉林石化公司研究院，吉林 吉林 132021；2．吉林燃料乙醇有限责任公司，吉林 吉林 132101)

　　摘要：针对某大型化工企业新建的污水生物脱氮处理系统，研究了舍有生物毒性物质的化工污水对硝化作用的影响。研究结果表明：来源于个别排放点的染料生产污水、橡胶生产污水、助剂生产污水对硝化作用有显著的影响，一些特征污染物如苯胺，硝基苯，苯酚及Zn²⁺，Mn²⁺，Ni²⁺均对硝化作用有明显的抑制作用，从而导致生化处理系统的硝化反应速率明显降低，而且以^Ni2+最为显著。
　　关键词：化工污水；污水处理；生物毒性；硝化
　　中图分类号：X78；X703 文献标识码：A 文章编号：1009—2455(2004)04—0031—04

Effects of Chemical Wastewater with Biological Toxic Substances On Nitrification
WANG Jun-jie¹，NING Yan-chun¹，HOU De-gang²
(1.Research institute of Jilin Petrochemical Company of PetroChina, Jilin l32021，China；2.Jilin Fuel Ethanol Co.，Ltd.，Jilin l32101，China)

　　Abstract：The effects of Chemical wastewater with bio1ogical toxic substances on nitrification was studied in connection with the wastewater biological denitrification treatment system newly built by a large-sized Chemical entemrise．The results showed that the wastewaters from the production of dyestuff, rubber and assistants from individual discharging points had significant effects on nitrification，while some characteristic pollutants，sueh as aminobenzene，nitrobenzene，phenol as weU as Zn²⁺，Mn²⁺，and Ni²⁺，especially Ni²⁺，had obvious inhibiting effects on nitrification，resulting in obvious reduction of the rate of nitrificatiOn in the biochemical treatment system．
　　Key words：chemical wastewater；wastewater treatment；biological toxicity；nitrification

　　某大型化工企业新建处理量为24×10⁴m³／d的化工污水处理装置，生化处理部分采用厌氧—好氧(A／O)工艺，目的是同时去除COD，BOD和氨氮。在试验研究和生产试运行的过程中发现，NH₄^-向NO₂-和NO3^-的转化速率明显偏低。
　　有资料显示^[l-2]，某些工业污水也存在硝化速率较低的情况。北京焦化厂采用A²／O工艺处理焦化污水中试的硝化速率仅为0.010kg[NH₃-N]／(kg[MLVSS]·d)。这说明，某些工业污水中可能存在对硝化作用有影响的成分。
　　采用间歇硝化试验的方法，对该企业几股主要污水对硝化作用的影响进行了研究，证实了其中某些污水具有生物毒性。

1 方法原理

1.1 间歇硝化试验的试验方法
　　根据排放污水的组成，取具有一定特性的单股污水作为试验用水，取具有良好硝化作用的活性污泥为种污泥，设计了一组能够控制温度、pH值、溶解氧等条件的间歇生化反应器进行试验。控制起始氨氮浓度、污泥浓度和反应时间，测定污泥浓度和好氧条件下反应起始、终了氨氮浓度，计算出含有生物毒性物质的污水的硝化速率。
1.2 间歇硝化试验过程中硝化反应级数的确定
　　根据DowninS和Hopwood的理论^[3]，进行硝化反应的生物体——硝化细菌的生长和底物浓度符合Monod方程：

　　
　　式中：μ——硝化菌比生长速率，d^-1；
　　　　　μ_max——硝化菌最大比生长速率，d^-1；
　　　　　K_N——半速率常数(0.5-2.0mg/L)。

　　当满足ρ(NH₃-N)》K_N条件时，μ=μmax与NH₄+ -N的质量浓度无关。
　　忽略内源呼吸作用，K_N=μ／Y_N(Y_N为产率系数)，那么，当ρ(NH₃-N)》K_N也与NH₃-N的质量浓度无关，反应为零级反应。
　　设计间歇硝化试验的起始氨氮的质量浓度为120 mg／L，试验过程氨氮的质量浓度控制在80-120mg／L之间变化，满足ρ(NH₃-N)》K_N的条件。控制温度、pH值、溶解氧等条件满足硝化反应的要求且保持稳定，可认为间歇硝化试验满足零级反应条件。
1.3 硝化速率的计算方法
　　对零级硝化反应，可以用氨氮去除负荷近似表示硝化速率，硝化速率K_N可用下式计算：
　　
　　式中：ρ(NH₃-N)₀——起始氨氮质量浓度，mg／L；
　　　　　ρ(NH₃-N)——终了氨氮质量浓度，mg／L；
　　　　　t——反应时间，d；
　　　　　ρ(MLVSS)——挥发性污泥质量浓度，g／L

2 试验结果

2.1 零级反应的试验验证
　　向化工污水中投加硫铵，分别进行两组间歇硝化试验，反应起始NH₃-N的质量浓度分别在120mg／L和80mg／L，反应时间4h，NH₃-N随时间的变化结果如图1所示。

　　图1的结果表明，ρ(NH₃-N)在120 mg／L至60mg／L之间变化，氨氮降解速率保持恒定。因此，可以认为前面叙述的试验方法是可靠的。
2.2 染料污水对硝化作用的影响
2.2.1 硝化速率测定
　　染料污水COD量约占该企业污水COD总量的70%，研究选择了5个不同的配水比例，对染料污水进行稀释后，做了4组间歇硝化试验，结果见表1。

表1 的硝化速率测定结果

　　试验结果表明，当染料污水在全部污水中的比例达到5％时，硝化速率降低约50％；当比例达到10％时，硝化速率降低65％以上。由此可见，该企业的染料污水对硝化作用有明显的抑制作用。
　　为进一步考察染料污水抑制硝化作用的具体原因，对染料污水进行了详细排查，发现其中污染负荷较大的污染源有H酸母液、T酸母液、T酸一次洗水、2—萘酚β盐母液；特征污染物有硝基苯、苯胺、苯酚等。为此，又分别针对以上两类污水的特点进行了间歇硝化试验，以验证究竟哪种污水对硝化作用产生了重大影响。
2.2.2 污染负荷较大的点源对硝化作用的影响
　　我们从污染负荷较大的点源中选取了H酸母液、2—萘酚p盐母液两个有代表性的污水，配制5个不同的比例进行间歇硝化试验，结果见表2、表3。

表2 H酸母液对硝化作用影响的测定结果

　　试验结果表明，H酸母液、β盐母液仅是可生化性较差，影响COD达标，但没有表现出对氨氮降解作用的重大影响，因此，它们不是真正的影响硝化作用的含有生物毒性的污水。

表3 p盐母液对硝化作用影响的测定结果

2.2.3 染料污水中的特征污染物对硝化作用的影响
　　染料污水中的特征污染物硝基苯、苯胺、苯酚，是具有生物毒性的物质，为验证它们对硝化作用的影响，对含有上述物质的配水分别进行了间歇硝化试验，结果见表4。

表4 含特征污染物的配水硝化速率测定结果

　　测定结果，硝基苯、苯酚的质量浓度超过5mg／L、苯胺的质量浓度达到10mg／L时，硝化速率下降约50％。这说明硝基苯、苯胺、苯酚对硝化作用均有很明显的抑制作用。
　　特征污染物硝基苯、苯胺、苯酚对硝化的抑制作用，说明了染料污水是含有生物毒性物质的抑制硝化作用的化工污水之一。
2.3 橡胶生产污水对硝化作用的影响
　　橡胶生产污水中存在硫醇类物质，硫醇类物质是硝化作用的强烈抑制物。为此，对橡胶生产污水进行了4组间歇硝化试验，以验证其对硝化作用的影响程度。试验结果见表5。

表5　 橡胶生产污水的硝化速率测定结果

　　试验结果表明，橡胶生产污水对硝化作用的影响显著，随浓度增加，硝化速率呈比例递减，这说明橡胶污水，是生物脱氮处理系统硝化反应速率低的重要因素之一。
2.4 助剂生产污水对硝化作用的影响
　　助剂生产过程中排放一股亚硝化母液，其中COD和氨氮的质量浓度分别为4000和1380mg／L，为验证其对硝化作用的影响，进行了间歇硝化试验，结果见表6。

表6 亚硝化母液的硝化速率测定结果

　　试验结果说明，亚硝化母液对硝化作用产生了严重的抑制作用。
2.5 某些金属离子的污水对硝化作用的影响
　　Cu²⁺是该企业化工污水中常见的阳离子之一，为验证其对硝化作用的影响，进行了含Cu²⁺污水的间歇硝化试验。用同样的方法，对化工污水中常见的Zn²⁺ Mn²⁺，Ni²⁺产进行了试验，结果见表7。

表7 金属离子污水的硝化速率测定结果

　　表7结果表明，在试验条件下，Cu²⁺对硝化作用影响不大，但Zn²⁺，Mn²⁺，Ni²⁺对硝化作用影响很大，Mn²⁺的质量浓度达到5 mg／L，硝化速率降低50％；而Ni²⁺的质量浓度仅0.2mg／L，硝化速率就降低了50％。

3 结论

　　通过对化工污水进行间歇硝化试验，确定了染料生产污水、橡胶生产污水、助剂生产污水对硝化作用有显著的影响，一些特征污染物如苯胺、硝基苯、苯酚及Zn²⁺，Mn²⁺，Ni²⁺均对硝化作用有影响，而且以Ni²⁺最为显著。

参考文献：

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[2] 兰淑澄，司亚安，高洁.焦化废水A/O生物处理新工艺的研究[J].给水排水技术动态，1994，（2）：18-24.
[3] 秦麟源.废水生物处理技术[M].上海：同济大学出版社，1987.

作者简介：王俊杰(1968—)，男，吉林省吉林市人，高级工程师，中国石油吉林石化公司研究院科研处处长，中国土木工程学会给排水专业委员会委员、中国水网咨询专家、吉林省环保科学学会副理事长，1991年毕业于清华大学环境工程专业，现从事化工及环抱 领域的科研及管理工作，电话(0432)3977914，poorwang@163．net.