焦化廢水生物脫氮研究(中試)
中試馴化情況遠較小試復雜，這可能受水質、反應器流態及操作條件差異影響。
中試采用連續馴化方式，接種污泥取自寶鋼化工廠生產性焦化廢水處理裝置。由于原接種好氧污泥中NH3-N濃度很高，盡管進水稀釋比達60%，曝氣池中NH3-N濃度仍在200mg/L以上，同時可能由于接種污泥中殘留難降解物質濃度較大，馴化的第一周內，硝化反應進展緩慢，出水中硝化產物很少。一周后出水中開始出現NO2，并逐漸增多，NO2-N濃度達到6mg/L左右，幾天后NO2-N逐漸減少，NO3-N逐漸增多，達到30mg/L以上，這時NH3-N去除率已達80%以上。
這些現象是由于當時的機械故障所造成的污泥回流量少，溶解氧偏低的影響，排除上述原因并增大稀釋比例后NO3-N升高，但隨著稀釋比的減小，很快又出現了類似前一階段的情況。
經分析，認為負荷提高過快會造成硝化菌的不適應。因此第三次調整時，負荷提高較慢，還適當加大了回流比，總回流比由原來的3增大到5，以克服進水COD、氨氮及難降解有機物的抑制作用。這次馴化得到了成功，盡管后來稀釋比降低到30%，卻再沒有出現類似前兩次的情況。
與硝化菌相比，反硝化菌對環境的適應性較強。一般情況下反硝化菌受焦化廢水中有毒物質的抑制程度要比硝化菌小，因此硝化菌馴化的同時，也可達到對反硝化菌馴化的目的。廢水自身的有機物即可作為反硝化的電子供體，但在馴化初期，最好能在系進水中加入少量易于利用的有機物如葡萄糖等，這樣更有利于反硝化菌馴化的進行。
由于小試裝置小和機械攪拌速度不易控制，馴化時表現的反硝化作用不甚明顯。中試試驗時，隨著硝化反應過程的進行，很快就可以觀察到缺氧段有氣泡產生，隨后氣泡數量顯著增加，當缺氧段堿度較大時，產生的氣泡個體較大，整個缺氧槽上部覆蓋著一層泡沫，其厚度可達1～3cm。從缺氧段取混合液于量筒中沉降時，可以觀察到污泥先下沉后浮起的典型的反硝化所造成的現象。系統總氮到去除率最高時可達80%以上。
脫氮運行效果及其條件
經過馴化后的硝化和反硝化菌，已經具有處理較高強度焦化廢水的能力，當原水水質波動不大時，只要滿足一定的操作條件，系統可以取得滿意的脫氮效果。
除了進水水質外，系統的水力停留時間、進水的稀釋比例、曝氣池溶解氧濃度、pH值以及系統的回流比等均會對硝化效果產生影響。系統總氮去除效果則直接決定于反硝化效果。反硝化效果除了受DO、氧化還原電位等因素影響外，主要由廢水中碳源的數量和質量決定。
雖然小試和中試水質常規指標相差不太大，但其操作運行條年變化卻很大，所得的脫氮效果也不同。中試的水力停留時間較小試為長，回流比也有所提高，脫氮效果相應提高。
由于生物處理反應速率和毒物承受能力是有限度的，因此處理系統的穩定性在遭受一定負荷沖擊后將受到影響。中試試驗中曾進行過負荷沖擊試驗，在對系統施行較長時間的NH3-H超負荷運行后，硝化反應逐漸減慢，最后幾乎完全止，需花費較長時間才能恢復，但恢復后有硝化菌仍能達到沖擊前的處理能力。系統具有一定的緩沖能力，可以承受短時間的高負荷沖擊分析和討論
(一)焦化廢水生物脫氮過程中的硝化反應：
硝化菌的馴化是硝化反應穩定進行的前提。為了使硝化菌逐步適應高濃度焦化廢水環境，馴化時應控制進水的稀釋比和NH3-N濃度。以進水NH3-N為60～70mg/L為宜，逐步減小稀釋比。此外，控制較長的水力停留時間和污泥齡，對硝化菌的馴化亦很重要。
硝化反應是系統運行控制的關鍵，這不但因為硝化效果不好會造成出水NH3-N超標，而且因為硝化不徹底會導致出水COD升高。NO2--N積累是焦化廢水脫氮過程中的通病，許多研究者發現在進行焦化廢水脫氮時，NO2--N經常是主要的硝化產物，很多焦化廠在焦化廢水活性污泥法運行中也常會出現處理出水中NO2--N高達100～200mg/L的情況。NO2-積累的根本原因在于亞硝酸菌與硝酸菌對于環境的適應能力及耐受毒物能力的差異。亞硝酸菌具有較強的環境適應能力和抵抗毒物的能力，因此馴化時，總是亞硝化反應首先出現，系統遭受沖擊時，則是硝酸菌的硝化反應先首受到影響。
要避免NO2-積累現象的出現，除了需要有科學的馴化方法，合適的操作運行條件外，防止廢水水質過大的波動和長時間的沖擊十分重要。
一般認為硝化反應需要在偏堿環境中進行，即pH值最好在7.5～8.5之間，但中試試驗中曝氣池pH值一般控制在7.0左右，經常在7.0以下，仍取得了很好的硝化效果，pH值最低果曾降到6.0左右，也未對硝化進程產生不良影響。在低pH值條件下運行不但可以節約耗堿量，同時還可以減少曝氣池泡沫的產生，這對于表曝系統尤不重要。
(二)反硝化與脫氮效果
雖然我國目前尚未將NO3--列為控制指標，但是NO3--對環境的危害不容忽視，一些發達國家已經對進入清潔水體的廢水NO3--實行了嚴格控制。
為了取得較好的總氮去除效果，必須使反硝化反應進行徹底。一般認為反硝化反應徹底與否由原水中C/N比例大小決定。從理論上分析進水COD/TKN達到3左右即可滿足反硝化對碳源的要求，實用中則常認為COD/TKN應大于8，可見關鍵在于充分利用已有碳源，提高反硝化效率。焦化廢水中有機物生物降解性能差，碳源不易被利用，甚至具有一定的生物毒性，大大制約了反硝化菌活性的充分發揮。
厭氧預處理可以改變有機物結構和性質，因此雖然本研究中原水的COD/TKN比值僅為5.5，卻取得了75%以上的總氮去除效果。試驗還表明，在進水C/N比相差不太大的情況下，總氮去除率最高時可達96%，而較差時僅為52%，這說明反硝化菌的活性起很大作用。采取某些強化措施，對原水適當稀釋，創造良好的反硝化環境都可以使反硝化菌保持較高的活性，從而達到較好的總氮去除效果。
(三)通過控制硝化過程改變脫氮途徑
鑒于焦化廢水脫氮過程中經常出現的NO2-積累和反硝化過程碳源不足現象，如果人為加以引導，使硝化反應以產生NO2-作為終點，而將脫氮途徑改變為：
NH3 硝化 NO2- 反硝化 N2 ,這可能會使脫氮工藝發生一場變革。傳統的脫氮途徑可用以下化學反應方程式表示：硝化：
2NH4++3O2 2NO2-+4H++2H2O (1) 2NO2-+O2 2NO3- (2)
反硝化：
C6H5OH+9.33OH2-+1.67H2O 9.33OH-+6CO2+ 4.67N2 (3)
C6H5OH+5.6NO3- 5.6OH- +6CO2+0.4H2O +2.8N2 (4) 2NH4++3O2
2NO2-+4H++2H2O (1) 2NO2-+O2 2NO3- (2)
(4)結 論
1. 硝化是焦化廢水生物脫氮過程的關鍵，硝化菌的馴化則是硝化反應穩定發展的前提，要在較短的時間內完成硝化菌的馴化工作，重要的是防止廢水中高濃度有機物及NH3對硝化菌的抑制。
2. 在進行焦化廢水生物處理和其它有毒廢水的生物處理時，連續式馴化方法優于間歇馴化方法。
3. 經過馴化的硝化菌可以在較低pH值(如6.4～7.2)條件下良好生存，這有利于減少高濃度含氮廢水硝化耗堿量。
4. 在水質波不大并滿足一定的操作運行條件下，系統可以取得98%～99%的硝化和75%以上的脫氮效果。系統可以耐受短期的高濃度NH3-H沖擊，但如果出現長時間NH3-H超負荷運行，將導致硝化系統失穩。
5. 反硝化效果的好壞決定著系統脫氮效率的高低。采取厭氧預處理方法，維持一定的稀釋比和創造良好的反硝化環境可以使反硝化菌保持較高的活性，以達到較好的脫氮效果。
6. 以亞硝酸作為硝化終產物的不完全硝化脫氮系統將是一條富有吸引力的焦化廢水生物脫氮途徑，值得進上步研究。
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