王俊杰¹，寧艷春¹，侯德剛²
(1.中國(guó)石油吉林石化公司研究院，吉林 吉林 132021；2．吉林燃料乙醇有限責(zé)任公司，吉林 吉林 132101)

　　摘要：針對(duì)某大型化工企業(yè)新建的污水生物脫氮處理系統(tǒng)，研究了舍有生物毒性物質(zhì)的化工污水對(duì)硝化作用的影響。研究結(jié)果表明：來源于個(gè)別排放點(diǎn)的染料生產(chǎn)污水、橡膠生產(chǎn)污水、助劑生產(chǎn)污水對(duì)硝化作用有顯著的影響，一些特征污染物如苯胺，硝基苯，苯酚及Zn²⁺，Mn²⁺，Ni²⁺均對(duì)硝化作用有明顯的抑制作用，從而導(dǎo)致生化處理系統(tǒng)的硝化反應(yīng)速率明顯降低，而且以^Ni2+最為顯著。
　　關(guān)鍵詞：化工污水；污水處理；生物毒性；硝化
　　中圖分類號(hào)：X78；X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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

　　某大型化工企業(yè)新建處理量為24×10⁴m³／d的化工污水處理裝置，生化處理部分采用厭氧—好氧(A／O)工藝，目的是同時(shí)去除COD，BOD和氨氮。在試驗(yàn)研究和生產(chǎn)試運(yùn)行的過程中發(fā)現(xiàn)，NH₄^-向NO₂-和NO3^-的轉(zhuǎn)化速率明顯偏低。
　　有資料顯示^[l-2]，某些工業(yè)污水也存在硝化速率較低的情況。北京焦化廠采用A²／O工藝處理焦化污水中試的硝化速率僅為0.010kg[NH₃-N]／(kg[MLVSS]·d)。這說明，某些工業(yè)污水中可能存在對(duì)硝化作用有影響的成分。
　　采用間歇硝化試驗(yàn)的方法，對(duì)該企業(yè)幾股主要污水對(duì)硝化作用的影響進(jìn)行了研究，證實(shí)了其中某些污水具有生物毒性。

1 方法原理

1.1 間歇硝化試驗(yàn)的試驗(yàn)方法
　　根據(jù)排放污水的組成，取具有一定特性的單股污水作為試驗(yàn)用水，取具有良好硝化作用的活性污泥為種污泥，設(shè)計(jì)了一組能夠控制溫度、pH值、溶解氧等條件的間歇生化反應(yīng)器進(jìn)行試驗(yàn)?？刂破鹗及钡獫舛?、污泥濃度和反應(yīng)時(shí)間，測(cè)定污泥濃度和好氧條件下反應(yīng)起始、終了氨氮濃度，計(jì)算出含有生物毒性物質(zhì)的污水的硝化速率。
1.2 間歇硝化試驗(yàn)過程中硝化反應(yīng)級(jí)數(shù)的確定
　　根據(jù)DowninS和Hopwood的理論^[3]，進(jìn)行硝化反應(yīng)的生物體——硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)和底物濃度符合Monod方程：

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

　　當(dāng)滿足ρ(NH₃-N)》K_N條件時(shí)，μ=μmax與NH₄+ -N的質(zhì)量濃度無關(guān)。
　　忽略內(nèi)源呼吸作用，K_N=μ／Y_N(Y_N為產(chǎn)率系數(shù))，那么，當(dāng)ρ(NH₃-N)》K_N也與NH₃-N的質(zhì)量濃度無關(guān)，反應(yīng)為零級(jí)反應(yīng)。
　　設(shè)計(jì)間歇硝化試驗(yàn)的起始氨氮的質(zhì)量濃度為120 mg／L，試驗(yàn)過程氨氮的質(zhì)量濃度控制在80-120mg／L之間變化，滿足ρ(NH₃-N)》K_N的條件?？刂茰囟取H值、溶解氧等條件滿足硝化反應(yīng)的要求且保持穩(wěn)定，可認(rèn)為間歇硝化試驗(yàn)滿足零級(jí)反應(yīng)條件。
1.3 硝化速率的計(jì)算方法
　　對(duì)零級(jí)硝化反應(yīng)，可以用氨氮去除負(fù)荷近似表示硝化速率，硝化速率K_N可用下式計(jì)算：
　　
　　式中：ρ(NH₃-N)₀——起始氨氮質(zhì)量濃度，mg／L；
　　　　　ρ(NH₃-N)——終了氨氮質(zhì)量濃度，mg／L；
　　　　　t——反應(yīng)時(shí)間，d；
　　　　　ρ(MLVSS)——揮發(fā)性污泥質(zhì)量濃度，g／L

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 零級(jí)反應(yīng)的試驗(yàn)驗(yàn)證
　　向化工污水中投加硫銨，分別進(jìn)行兩組間歇硝化試驗(yàn)，反應(yīng)起始NH₃-N的質(zhì)量濃度分別在120mg／L和80mg／L，反應(yīng)時(shí)間4h，NH₃-N隨時(shí)間的變化結(jié)果如圖1所示。

　　圖1的結(jié)果表明，ρ(NH₃-N)在120 mg／L至60mg／L之間變化，氨氮降解速率保持恒定。因此，可以認(rèn)為前面敘述的試驗(yàn)方法是可靠的。
2.2 染料污水對(duì)硝化作用的影響
2.2.1 硝化速率測(cè)定
　　染料污水COD量約占該企業(yè)污水COD總量的70%，研究選擇了5個(gè)不同的配水比例，對(duì)染料污水進(jìn)行稀釋后，做了4組間歇硝化試驗(yàn)，結(jié)果見表1。

表1 的硝化速率測(cè)定結(jié)果

　　試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)染料污水在全部污水中的比例達(dá)到5％時(shí)，硝化速率降低約50％；當(dāng)比例達(dá)到10％時(shí)，硝化速率降低65％以上。由此可見，該企業(yè)的染料污水對(duì)硝化作用有明顯的抑制作用。
　　為進(jìn)一步考察染料污水抑制硝化作用的具體原因，對(duì)染料污水進(jìn)行了詳細(xì)排查，發(fā)現(xiàn)其中污染負(fù)荷較大的污染源有H酸母液、T酸母液、T酸一次洗水、2—萘酚β鹽母液；特征污染物有硝基苯、苯胺、苯酚等。為此，又分別針對(duì)以上兩類污水的特點(diǎn)進(jìn)行了間歇硝化試驗(yàn)，以驗(yàn)證究竟哪種污水對(duì)硝化作用產(chǎn)生了重大影響。
2.2.2 污染負(fù)荷較大的點(diǎn)源對(duì)硝化作用的影響
　　我們從污染負(fù)荷較大的點(diǎn)源中選取了H酸母液、2—萘酚p鹽母液兩個(gè)有代表性的污水，配制5個(gè)不同的比例進(jìn)行間歇硝化試驗(yàn)，結(jié)果見表2、表3。

表2 H酸母液對(duì)硝化作用影響的測(cè)定結(jié)果

　　試驗(yàn)結(jié)果表明，H酸母液、β鹽母液僅是可生化性較差，影響COD達(dá)標(biāo)，但沒有表現(xiàn)出對(duì)氨氮降解作用的重大影響，因此，它們不是真正的影響硝化作用的含有生物毒性的污水。

表3 p鹽母液對(duì)硝化作用影響的測(cè)定結(jié)果

2.2.3 染料污水中的特征污染物對(duì)硝化作用的影響
　　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質(zhì)，為驗(yàn)證它們對(duì)硝化作用的影響，對(duì)含有上述物質(zhì)的配水分別進(jìn)行了間歇硝化試驗(yàn)，結(jié)果見表4。

表4 含特征污染物的配水硝化速率測(cè)定結(jié)果

　　測(cè)定結(jié)果，硝基苯、苯酚的質(zhì)量濃度超過5mg／L、苯胺的質(zhì)量濃度達(dá)到10mg／L時(shí)，硝化速率下降約50％。這說明硝基苯、苯胺、苯酚對(duì)硝化作用均有很明顯的抑制作用。
　　特征污染物硝基苯、苯胺、苯酚對(duì)硝化的抑制作用，說明了染料污水是含有生物毒性物質(zhì)的抑制硝化作用的化工污水之一。
2.3 橡膠生產(chǎn)污水對(duì)硝化作用的影響
　　橡膠生產(chǎn)污水中存在硫醇類物質(zhì)，硫醇類物質(zhì)是硝化作用的強(qiáng)烈抑制物。為此，對(duì)橡膠生產(chǎn)污水進(jìn)行了4組間歇硝化試驗(yàn)，以驗(yàn)證其對(duì)硝化作用的影響程度。試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5　 橡膠生產(chǎn)污水的硝化速率測(cè)定結(jié)果

　　試驗(yàn)結(jié)果表明，橡膠生產(chǎn)污水對(duì)硝化作用的影響顯著，隨濃度增加，硝化速率呈比例遞減，這說明橡膠污水，是生物脫氮處理系統(tǒng)硝化反應(yīng)速率低的重要因素之一。
2.4 助劑生產(chǎn)污水對(duì)硝化作用的影響
　　助劑生產(chǎn)過程中排放一股亞硝化母液，其中COD和氨氮的質(zhì)量濃度分別為4000和1380mg／L，為驗(yàn)證其對(duì)硝化作用的影響，進(jìn)行了間歇硝化試驗(yàn)，結(jié)果見表6。

表6 亞硝化母液的硝化速率測(cè)定結(jié)果

　　試驗(yàn)結(jié)果說明，亞硝化母液對(duì)硝化作用產(chǎn)生了嚴(yán)重的抑制作用。
2.5 某些金屬離子的污水對(duì)硝化作用的影響
　　Cu²⁺是該企業(yè)化工污水中常見的陽離子之一，為驗(yàn)證其對(duì)硝化作用的影響，進(jìn)行了含Cu²⁺污水的間歇硝化試驗(yàn)。用同樣的方法，對(duì)化工污水中常見的Zn²⁺ Mn²⁺，Ni²⁺產(chǎn)進(jìn)行了試驗(yàn)，結(jié)果見表7。

表7 金屬離子污水的硝化速率測(cè)定結(jié)果

　　表7結(jié)果表明，在試驗(yàn)條件下，Cu²⁺對(duì)硝化作用影響不大，但Zn²⁺，Mn²⁺，Ni²⁺對(duì)硝化作用影響很大，Mn²⁺的質(zhì)量濃度達(dá)到5 mg／L，硝化速率降低50％；而Ni²⁺的質(zhì)量濃度僅0.2mg／L，硝化速率就降低了50％。

3 結(jié)論

　　通過對(duì)化工污水進(jìn)行間歇硝化試驗(yàn)，確定了染料生產(chǎn)污水、橡膠生產(chǎn)污水、助劑生產(chǎn)污水對(duì)硝化作用有顯著的影響，一些特征污染物如苯胺、硝基苯、苯酚及Zn²⁺，Mn²⁺，Ni²⁺均對(duì)硝化作用有影響，而且以Ni²⁺最為顯著。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 秦麟源.廢水生物處理技術(shù)[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1987.

作者簡(jiǎn)介：王俊杰(1968—)，男，吉林省吉林市人，高級(jí)工程師，中國(guó)石油吉林石化公司研究院科研處處長(zhǎng)，中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)給排水專業(yè)委員會(huì)委員、中國(guó)水網(wǎng)咨詢專家、吉林省環(huán)?？茖W(xué)學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)，1991年畢業(yè)于清華大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)，現(xiàn)從事化工及環(huán)抱 領(lǐng)域的科研及管理工作，電話(0432)3977914，poorwang@163．net.