焦点提醒：焦化废水处置中碳均衡研究 作者:靳 鹏，庞治邦，赵博玮，岳秀萍 ［要害词］ 焦化废水；挥发性无机物；碳均衡 ［中图分类号］ X703. ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1005-829X（2019）01-0049-04 焦化废水具有 COD 浓度高、成份复杂、多含有毒物资的特点〔1〕，在处置进程中不但发生温室气体还发生复杂的挥发性无机物〔2〕。 焦化废水处置进程因为 COD 的去除而形成了年夜量的碳排放〔3〕。 当前国内焦化废水处置多采取生物法〔4〕，污染物在微生物感化降落解、去除。 一部门污染物被微生物操纵转移至固相；一部门残留在液相；还有一部门逸散至气相， 但因为浓度低、 含量相对少而常被研究者疏忽在相干文献中对该部门的研究也较少〔5-6〕 笔者拔取焦化废水中具有代表性的苯酚为污染物，以保守 A2/O 工艺为载体〔7〕，研究焦化废水处置进程中，碳源在气、液、固三相的散布纪律，对深切阐发每反映阶段反映机理、 进而寻觅提高处置结果的方式具有指点意义。 1 材料与方式 1.1 尝试装配 尝试装配采取无机博璃制成， 反映器外形尺寸为 500 mm×200 mm×150 mm，总容积为 15 L，有用容积为 7 L，由 5 个格室构成，第一格为厌氧段，第二格为缺氧段，其余三格为好氧段，此中厌氧段、缺氧段、好氧段的有用容积别离为 1.25、2、3.75 L。 经由过程温度节制仪节制反映温度，为了使尝试更接近项目现实，采取持续流，进水顺次经由过程厌氧、缺氧、好氧反映后，进入二沉池，溢流出水进入废液缸。节制厌氧段水流标的目的为左上方进水，右下方出水，促使反映进程中泥水夹杂平均， 缺氧段和洽氧段均安装固定在底部的曝气装配，为微生物发展供给氧气，同时增进泥水夹杂平均。 在气路上安装气体流量计，节制曝气量，利用消融氧仪测定消融氧， 气泡接收管内接收液用在接收进入年夜气的含碳物资，尝试装配见图 1。 1.2 接种污泥与原水水质 反映器接种污泥取自太原某焦化废水厂， 原水采取尝试室配制的摹拟焦化废水， 逐步提高苯酚浓度，对污泥进行驯化。以葡萄糖和苯酚作为废水的碳源，苯酚从初始的 100 mg/L 按梯度提高到900 mg/L，经由过程调剂葡萄糖的投加量节制总碳（TC）连结在 1 000mg/L。 以氯化铵（NH4Cl）作为废水的氮源，以磷酸二氢钾（KH2PO4）和磷酸氢二钠（Na2HPO4）配制缓冲溶液连结废水的 pH 为 7，并作为磷源，配制微量元素养分液为微生物发展供给微量元素。 1.3 阐发项目和方式 总无机碳（TOC）和 TC：TNM-1 型总无机碳阐发仪，奥德赛创周详仪器无限公司；DO：JPB-607A 便携式消融氧仪，上海雷磁仪器厂；pH：pHS-3 型测定仪，上海雷磁仪器厂；MLVSS：重 量 法；挥 发 性 有 机 物：TRACE 1300-ISQQD 型 GC/MS，美国赛默飞世尔厂。 2 成果与会商 2.1 反映器的启动 启动进程分为 5 个阶段，苯酚从 100 mg/L 以必然的质量浓度梯度慢慢晋升至 900 mg/L。 TC 连结在1000 mg/L 摆布， 苯酚中含碳量占 TOC 的 比 例 由6.9％慢慢上升至 68.2％。 经由过程爬动泵节制外回流比和内回流比别离为 60%和 100%， 水 力 停 留 时 间（HRT）连结在 33.6 h，曝气量节制为 2 L/min，温度为室温（25 ℃摆布）。 启动进程 TC 转变纪律见图 2 由图 2 可知， 跟着苯酚浓度的增添，TC 的最低去除率在慢慢提高， 申明微生物在苯酚浓度逐步增年夜的进程中对情况的顺应能力逐步加强。 2.2 碳均衡阐发 尝试经由过程测定固、液、气三相的含碳量进行系统碳均衡阐发。进水 TC 在颠末 A2/O 工艺处置进程中，首要有以下几种去向：（1）转移至固相中的碳，即被微生物用在本身增殖转移到微生物体内；（2）转移至气相中的碳， 即在反映进程中微生物将无机物分化发生含碳气体排入年夜气， 和一部门挥发性无机物在反映进程中逸散进入年夜气；（3）仍残留在水中的碳，即随出水排出反映系统。这三种去向在污水处置中具有遍及性，阐发研究进水 TC 转移至固、液、气三相的比例， 对更好地研究微生物去除污染物机制，优化水厂运转前提具有指点意义。在反映器启动完成，进水苯酚为 900 mg/L，进水TC 为 2 500 mg/d，反映器 TC 去除率达 90%以上时，HRT 连结在 33.6 h，温度连结在 25 ℃，曝气量不变在 2 L/min， 用以阐发在 A2/O 工艺处置焦化废水进程中的碳源去向和各部门所占比例。 气、液、固三相含碳量的计较方式为：反映器天天进水量与进程度均 TC 浓度乘积， 获得天天进入系统的总碳量；经由过程测定出水 TC 浓度，与系统出水量相乘得出系统随出水带走的含碳量； 经由过程接收液 接收从液相逸散至气相的含碳物资， 操纵总无机碳阐发仪测定从液相转移至气相的含碳量； 转移至固相的含碳量经由过程物料衡算得出。 2.2.1 以气相情势分开系统的含碳量阐发 以气相情势分开系统的总碳量， 经由过程别离测定厌氧、 缺氧和洽氧池三阶段接收液的含碳量累加获得，即 C 气=164.8+58.0+274.4=497.2 mg/d。 2.2.2 以液相情势分开系统的含碳量阐发 因为尝试采取持续流反映器进行， 反映器运转不变后，逐日进水 2.5 L，排泥 50 mL，出程度均质量浓度为 90.08 mg/L，反映器内水量连结不变，以液相的情势分开系统的总碳量， 经由过程用系统逐日进水量减去排泥量乘以出水浓度获得，即 C 液=（2.5－0.05）×90.08=220.7 mg/d。 2.2.3 以固相情势分开系统的含碳量阐发 （1）厌氧池碳源衡算。配制好的摹拟焦化废水起首进入厌氧池，二沉池的回流污泥同步进入厌氧池，两者进行夹杂，在厌氧微生物感化下，将年夜份子无机物分化成小份子无机物， 并发生 CH4 和部门挥发酸，进入年夜气。厌氧水解酸化改变焦化废水中难降解无机物的化学布局和生物降解机能， 从而提高废水的可生化性，有益在后续的好氧生物降解〔7〕。 厌氧池碳源均衡等式见式（1）。 Qin·Sin+QR·SR=Q1·S1+Cy+ΔCy （1） 式中：Qin———进入 A2/O 系统的原水流量，L/d；Sin———进 入 A2/O 系 统 的 原 水 TC 质 量 浓 度，mg/L； QR———回流污泥流量，L/d； SR———回流污泥 TC 质量浓度，mg/L； Q1———厌氧池出水流量，L/d； S1———厌氧池出水 TC 质量浓度，mg/L； Cy———厌氧反映进程中进入气相的总碳量，mg/d； ΔCy———厌氧反映进程中被微生物操纵转移至固相的总碳量，mg/d。此中，Q1=Qin+QR,QR=60%Qin ，则厌氧反映进程中被微生物操纵转移至固相的总碳量见式（2）。 ΔCy=Qin·Sin+QR·SR-Q1·S1-Cy （2） =2.5×1 004.4＋0.6×2.5×71.2－4×481.5－164.8 =527.0 mg/d （2）缺氧池碳源衡算。 缺氧池进水包罗两部门，一部门是厌氧池出水， 另外一部门是从好氧池回流进入缺氧池的内回流液，在本阶段，碳源首要被反硝化菌操纵，将硝态氮和亚硝态氮还原为氮气进入气相〔8〕。 缺氧池碳源均衡等式见式（3）。 Q1·S1+Q·r Sr=Q2·S2+Cq+ΔCq （3） 式中：Q1———缺氧池进水流量，L/d； Qr———回流硝化液流量，L/d； Sr———回流硝化液 TC 质量浓度，mg/L； Q2———缺氧池出水流量，L/d； S2———缺氧池出水 TC 质量浓度，mg/L； Cq———缺氧反映进程中进入气相的总碳量，mg/d； ΔCq———缺氧反映进程中被微生物操纵转移至固相的总碳量，mg/d。此中， Q2=Q1+Qr，Qr=100%Qin， 则缺氧反映进程中被微生物操纵转移至固相的总碳量见式（4）。 ΔCq=Q1·S1+Q·r Sr-Q2·S2-Cq （4） =4×481.5＋2.5×90.08－6.5×294.6－58 =178.3 mg/d （3）好氧池碳源衡算。 好氧池进水均来自缺氧池出水，在本阶段，碳源首要被硝化菌、聚磷菌和其他分化无机物的细菌操纵。 好氧池碳源均衡等式见式（5）。 Q2·S2=（Q3+Qr）S3+Ch+ΔCh （5） 式中：Q3———好氧段出水流量，L/d； Qr———回流硝化液流量，L/d； S3———好氧段出水 TC 质量浓度，mg/L； Ch———好氧反映进程中进入气相的总碳量，mg/d； ΔCh——好氧反映进程中被微生物操纵转移至固相的总碳量，mg/d。此中，Q2=Q3+Qr，Qr=100%Qin，则好氧反映进程中被微生物操纵转移至固相总碳量见式（6）。 ΔCh=Q2·S2-（Q3+Qr）Sr-Ch （6） =6.5×294.6－6.5×90.08－274.4 =1 055.0 mg/d 经由过程以上衡算得出以固相的情势分开系统的总碳 量 C 固 =527.0+178.3+1 055.0－106.8=1 653.5 mg/d。 式中 ����Ϸapp106.8 代表外回流污泥含碳量， 因系统处在不变状况时，这部门碳量一向在系统内部轮回，而非被微生物操纵转移至固相的含碳量，因此予以扣除。 2.2.4 系统碳均衡阐发 经由过程实测和物料衡算得出 A2/O 工艺处置焦化废水进程中的碳源去向和各部门所占比例见图 3。 图 3 TC 去向散布 由 图 3 可 知， 进 入 A2/O 工 艺 系 统 的 TC 中 ，64.9%的碳被微生物操纵转移至固相， 此中好氧阶段阐扬首要感化；8.9%的碳随出水排放到情况中； 由 图 3 可 知， 进 入 A2/O 工 艺 系 统 的 TC 中 ，64.9%的碳被微生物操纵转移至固相， 此中好氧阶段阐扬首要感化；8.9%的碳随出水排放到情况中； 19.8%的碳被转移至年夜气；其余 6.4%的碳未能在尝试进程中测得，缘由可能有以下两方面：一是物料衡算进程中未斟酌二沉池内转移至污泥中的含碳量，致使碳均衡率偏低； 二是尝试进程丈量发生的误差致使。在转移至气相的 19.8%的碳中，既包罗微生物好氧反映发生的二氧化碳， 也包罗厌氧反映发生的甲烷、挥发性脂肪酸，还包罗未被微生物操纵间接逸散进入年夜气的挥发性无机物。 系统均衡率虽未能到达 100%，可是尝试数据仍具有必然的实际意义，经由过程 TC 去除百分比可以或许得出每反映进程对污染物去除进献率，从而有针对性地调剂运转参数，提高处置结果。在厌氧反映进程中进入气相的 6.5%的 TC 中，有5.9%是无机碳，0.6%是无机碳，含碳气体组分和含量见表 1。 由 表 1 可 知， 经由过程厌氧池进入气相的 TC 中90%以上是以无机碳的情势进入， 而唯一不到 10%的物资是以无机碳的情势进入， 这也从侧面申明厌氧反映进程中挥发性无机物逸散量在全部反映进程 中所占比例较低的现实环境。在缺氧反映进程中进入气相的 2.3%的 TC 中，有 2.0%是无机碳，0.3%是无机碳， 含碳气体组分和含量见表 2。 表 2 缺氧反映进程中含碳气体组分由 表 2 可 知， 经由过程缺氧池进入气相的 TC 中85%以上是以无机碳的情势进入， 而唯一不到 15%的物资是以无机碳的情势进入， 这类环境与厌氧池类似， 无机碳所占比例略有上升的缘由多是缺氧池微量曝气，负气液接触面积增年夜，有益在挥发性无机物的逸散， 这也申明了曝气对挥发性无机物逸散的主要影响，值得留意的是，固然缺氧反映阶段进入气相的无机碳占缺氧阶段进入气相 TC 比例有所上升， 但因为缺氧阶段进入气相的 TC 在 3 个反映阶段中所占比例较小， 因此从缺氧池进入气相的挥发性无机物含量依然较少， 这与在缺氧阶段实测挥发性无机物量较小的现实环境符合。在好氧反映进程中， 进入气相的 10.9%的 TC中，有 7.7%是无机碳，3.2%是无机碳，含碳气体组分和含量见表 3。 表 3 好氧反映进程中含碳气体组分由表 3 可知， 经由过程好氧池进入气相的 TC 中约70%摆布是以无机碳的情势进入，其余 30%的物资是以无机碳的情势进入，与厌氧和洽氧阶段比拟，无机碳占本阶段进入气相 TC 的比例有较着上升，且因为好氧阶段进入气相的 TC 在全部反映进程进入气相TC 的比例较高， 因此挥发性无机物的逸散首要产生在好氧反映进程中，这与好氧阶段的高曝气量有着间接关系，同时也注解曝气感化对挥发的主要影响。 由表 3 可知， 经由过程好氧池进入气相的 TC 中约70%摆布是以无机碳的情势进入，其余 30%的物资是以无机碳的情势进入，与厌氧和洽氧阶段比拟，无机碳占本阶段进入气相 TC 的比例有较着上升，且因为好氧阶段进入气相的 TC 在全部反映进程进入气相TC 的比例较高， 因此挥发性无机物的逸散首要产生在好氧反映进程中，这与好氧阶段的高曝气量有着间接关系，同时也注解曝气感化对挥发的主要影响。将反映 3 个阶段进入气相的无机碳叠加能够获得反映进程中进入气相的 TOC 占进 水 TC 比 例 为4.1%， 此中对人体和情况具有风险的物资占比达1.1%，包罗可侵害生物体肝肾功能并按捺此中枢系统的苯酚〔9〕、能引发肺炎的正十六烷、具有抗雄激素感化的内排泄干扰物邻苯二甲酸二丁酯〔10〕等对情况和健康形成严峻风险的挥发性无机物资。是以抓紧研究管理污水处置进程中挥发性无机物自在排放，避免由此酿成的碳源华侈应当早日提上议程。 例如，能够斟酌为处置修建物加盖， 集中搜集废气加以管理操纵。对浓度相对较高且易在实现分手的物资收受接管再操纵；对浓度较低且不容易分手的物资集中燃烧操纵其释放的热量；对浓度较低不容易分手且燃烧进程平安性没法包管的物资，能够斟酌用生物膜法进行处置。 3 结论 经由过程对 A2/O 工艺处置摹拟焦化废水进程中的碳均衡研究， 得出在水处置进程中进入系统的 TC去向首要包罗气相、液相、固相 3 种，统计得出在处置进程中约有 19.8%的碳转移至气相中， 这此中既 包罗微生物好氧代谢发生的 CO2 和厌氧代谢发生的CH4 等气体， 还包罗未被微生物操纵或被微生物分化发生间接逸散进入气相中的挥发性无机物， 而这部门物资所占比例达 4.1%；64.9%的碳被微生物操纵转移到固相中；8.9%的碳仍残留在液相中。碳源去向的阐发注解， 进入气相中的挥发性无机物在全部碳源去向中所占比例达 4.1%，这部门物资首要由挥发性无机物构成， 此中包罗一些对人类健康晦气的物资， 特别是工业废水所含无机物品种繁多，处置进程发生的挥发性无机物总量不容小觑，建议焦化废水处置进程中斟酌收受接管挥发性无机物，含量较高的能够分手再操纵； 也能够斟酌为水处置修建物加盖，按捺挥发性无机物逸散。 参考文献 ［1］ Lai Peng，Zhao Huazhang，Wang Chao，et al. 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焦化废水处置中碳均衡研究来历:工业水处置作者:靳 鹏，庞治邦，赵博玮，岳秀萍所属频道:水处置要害词:焦化废水处置A2/O 工艺挥发性无机物
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