缺氧/好氧移動床生物膜反應(yīng)器短程脫氮工藝深度處理煤化工廢水性能

莊海峰，韓洪軍，單勝道，薛向東

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缺氧/好氧移動床生物膜反應(yīng)器短程脫氮工藝深度處理煤化工廢水性能

莊海峰1,2，韓洪軍2，單勝道1，薛向東1

（1浙江科技學院浙江省廢棄生物質(zhì)循環(huán)利用與生態(tài)處理技術(shù)重點實驗室，浙江 杭州310023；2哈爾濱工業(yè)大學城市水資源和水環(huán)境國家重點實驗室，黑龍江 哈爾濱150090）

煤化工廢水生化處理出水仍含有大量有毒和難降解污染物，對環(huán)境具有嚴重的危害，采用缺/好氧移動床生物膜反應(yīng)器（ANMBBR-MBBR）復合生物短程脫氮技術(shù)對煤化工廢水進行深度處理。試驗結(jié)果表明，生物組合工藝有效緩解了廢水有毒抑制物和低碳氮比對生物脫氮工藝的負面作用，最佳運行條件為水力停留時間12 h，硝態(tài)氮/亞硝態(tài)氮混合液回流比200%，該工藝對COD、氨氮和總氮的去除率分別為68.1%、84.0% 和74.7%，相應(yīng)的出水濃度分別為48.0、4.8和13.9 mg·L-1，均達到了國家城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放一級A標準；高有毒負荷下，與傳統(tǒng)的A2O生物脫氮工藝相比，該組合工藝具有更加穩(wěn)定和高效的脫氮效能；而且ANMBBR有效地提高了廢水生物降解性（BOD5/COD 值增加至0.3），有利于短程硝化的高效運行，MBBR處理后出水有毒抑制物的數(shù)量和種類分別減少了84.4%和54.5%。因此，該組合工藝具有性能高效穩(wěn)定和經(jīng)濟節(jié)約的技術(shù)優(yōu)勢，適于煤化工廢水深度處理的工程化應(yīng)用。

移動床；生物技術(shù)；廢水；生物短程脫氮；有毒抑制物

引 言

煤化工是高效利用煤炭的先進技術(shù)，其不僅可以緩解能源需求和原料供應(yīng)的矛盾，更推進了我國煤炭資源向清潔能源的產(chǎn)業(yè)升級[1-2]。但是，煤化工過程產(chǎn)生大量的廢水，含有高濃度的有機污染物，主要為酚類和含氮類化合物，可生化性差[3-4]，經(jīng)過脫酚蒸氨預(yù)處理和生物工藝處理后，COD和酚類得到有效去除，然而生化出水中仍含有大量的生物脫氮有毒抑制物，例如殘留的酚類、多環(huán)芳烴及長鏈烷烴等，同時缺乏反硝化所必需的碳源（低的碳氮比，COD:總氮＜3），嚴重限制了生物脫氮工藝的性能，導致含氮類污染物濃度難以達到國家環(huán)保要求[5]，負面影響了煤化工廢水“零排放”目標的實現(xiàn)[6-7]。

短程生物脫氮工藝是將硝化過程控制在亞硝態(tài)氮階段，直接利用亞硝態(tài)氮作為電子受體進行反硝化生物脫氮，理論上比傳統(tǒng)生物脫氮減少25%的氧氣供應(yīng)和40%的反硝化碳源[8-9]，適用于煤化工廢水生化出水的水質(zhì)。許多研究表明亞硝化菌對環(huán)境影響較為敏感，通過營造較低的溶解氧、較長的污泥齡、適宜的碳氮比和溫度、投加適當?shù)膲A度等條件，可以保證氨氧化細菌（AOB）優(yōu)勢生長，形成穩(wěn)定的亞硝態(tài)氮積累，為該技術(shù)工程化應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)[10]。同時，生物移動床（MBBR）結(jié)合活性污泥和生物膜技術(shù)特點，有效地克服了活性污泥附著生長易堵塞的缺點，提高了反應(yīng)器的生物量，強化了廢水中有毒污染物的處理效能，在工業(yè)廢水處理領(lǐng)域被廣泛研究和應(yīng)用[11-13]。因此，采用MBBR復合短程生物脫氮技術(shù)深度處理煤化工廢水，可以強化含氮污染物的去除性能，具有良好的技術(shù)可行性和理論創(chuàng)新性。但是，相關(guān)的研究卻少于報道，限制了該技術(shù)的推廣和應(yīng)用。

本研究采用缺氧MBBR（ANMBBR）組合低溶解氧條件下的MBBR處理煤化工廢水生化出水。考察了短程生物脫氮工藝處理煤化工生化出水的啟動，分析了水力停留時間（HRT）和硝化/亞硝化液回流比（）對該組合工藝脫氮效能的影響；添加不同濃度的總酚，分析有毒負荷對該生物組合工藝脫氮穩(wěn)定性的影響；探討該過程廢水中有毒抑制物的去除特性，以期為有效解決煤化工廢水深度脫氮提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本研究采用的煤化工廢水生化出水，取自中煤龍化哈爾濱煤化工有限公司煤制氣廢水生化組合工藝的二沉池出水，該廢水處理工藝主要包括酚氨回收預(yù)處理、UASB、生物增濃池、改良AO池、二沉池。水質(zhì)參數(shù)為：COD、氨氮、總酚、總氮（TN）和BOD5濃度（mg·L-1）分別為150±25，30±7， 30±5，55±8和9±1，水溫為25～30℃，pH為 6.5～7.5。

1.2 生物反應(yīng)器的啟動和運行

生物工藝試驗裝置為ANMBBR，有效體積30 L，隨后為MBBR，有效體積90 L。反應(yīng)器內(nèi)投加由聚乙烯制成的圓形片狀填料，直徑2.2 cm，厚度0.1 cm，密度為0.85 g·cm-3，表面粗糙多孔，ANMBBR和MBBR填充比分別為50%和40%，適合微生物掛膜，通過攪拌器保持ANMBBR內(nèi)活性污泥和廢水的完全混合。同時，ANMBBR和MBBR的接種懸浮污泥濃度分別為5和2.6 g·L-1。

生物工藝的啟動和運行：在最初的生物工藝啟動階段（1～20 d），兩個反應(yīng)器是各自獨立啟動。ANMBBR進水水質(zhì)通過添加乙酸鈉進行調(diào)節(jié)，維持最初進水COD濃度在300 mg·L-1左右，該有機物水平可以促使微生物快速繁殖適應(yīng)原水惡劣的水質(zhì)。同時，MBBR內(nèi)進水的氨氮和COD濃度通過添加氯化銨和乙酸鈉分別維持在100和500 mg·L-1，該濃度有利于短程硝化的成功啟動。在隨后的啟動階段（20～50 d），兩個反應(yīng)器采用硝化/亞硝化液回流比（廢水中氮類化合物主要是亞硝態(tài)氮，少量為硝態(tài)氮）為200%進行連續(xù)培養(yǎng)，進水COD和氨氮濃度逐步降低至原水水平。生物工藝連續(xù)培養(yǎng)階段，使用空氣流量計和控制閥門將MBBR進氣流量控制在較低的水平，以保證MBBR內(nèi)溶解氧維持在1.0～1.5 mg·L-1，有利于氨氧化細菌（AOB）的優(yōu)勢生長。通過添加HCl（1.0 mol·L-1）和 NaHCO3（1.0 mol·L-1）調(diào)節(jié)MBBR進水pH在8.0～8.5用以獲得穩(wěn)定的亞硝酸鹽積累，ANMBBR反應(yīng)器內(nèi)pH控制在7.5～8.0。ANMBBR和MBBR反應(yīng)器內(nèi)溫度通過電熱絲調(diào)節(jié)分別控制在（25±5）和（35±5）℃，營造高溫環(huán)境有利于AOB的繁殖。

組合工藝成功啟動后，原水的進水流量和HRT分別保持在0.32 m3·d-1和9 h（ANMBBR和 MBBR分別為3和6 h）。然后，進水減少至0.24 m3·d-1，HRT為12 h（兩個反應(yīng)器各6 h）。最后，系統(tǒng)穩(wěn)定在HRT 為18 h（各為9 h），每一個階段保持穩(wěn)定運行30 d，回流比為200%，其他運行條件均一致。此后，組合工藝在HTR 12 h條件下，考察不同的（分別為100%、200%和 300%）對工藝脫氮性能的影響，每一個回流比條件下系統(tǒng)穩(wěn)定運行20 d。從第200 d開始，通過添加粗酚提高反應(yīng)器進水總酚濃度（添加濃度為20、50、100和200 mg·L-1）作為典型有毒抑制物考察生物工藝在高有毒負荷下的穩(wěn)定性。其中，粗粉取自工程現(xiàn)場酚氨回收預(yù)處理工藝對原水中酚類物質(zhì)的萃取，與生化組合工藝進水中的酚類化合物組成相似。每一個添加總酚濃度條件下，系統(tǒng)穩(wěn)定運行10 d后（HRT 12 h，為200%），進水改為原水，恢復系統(tǒng)性能后考察其他有毒負荷影響。出于比較的目的，進行平行試驗考察有毒抑制物對傳統(tǒng)A2O工藝深度處理煤化工廢水的脫氮效率影響。A2O工藝（有效體積150 L，三階段比率為1:1:3）采用全程脫氮工藝穩(wěn)定運行60 d（運行參數(shù)為HRT 為12 h，R為 200%），氨氮和總氮去除率穩(wěn)定在70%和60%左右。此外，通過硝化/亞硝化抑制率分析兩個生物工藝脫氮抑制性，計算公式如下

硝化/亞硝化抑制率

式中，AURnormal代表正常情況下氨氮利用速率，AURwith toxicant代表有毒負荷下氨氮利用速率[14]，其中

氨氮利用速率

亞硝態(tài)氮積累率

1.3 分析方法

COD采用重鉻酸鉀消解比色法測定，總酚采用溴化滴定法測定，氨氮采用納氏試劑光度法測定，亞硝氮采用-(1-萘基)-乙二胺光度法測定，總氮采用過硫酸鉀氧化消解法測定，BOD5采用稀釋接種法測定。

熒光標記的原位雜交試驗（FISH）：在生物工藝啟動階段的第50 d，將MBBR反應(yīng)器內(nèi)小部分活性污泥取出后進行FISH測試，所采用的FISH探針有兩種，即AOB、NOB所使用的探針信息，一種帶有熒光染料FITC的寡核苷酸探針NSO190，目的是檢測ammonia oxidizing β-；另外一種是帶有熒光染料TRITC的寡核苷酸探針Ntspa662，目的是檢測，探針由上海生工生物工程技術(shù)服務(wù)有限公司合成。

廢水有機物的定性分析采用氣相色譜（Agilent 6890 N）和質(zhì)譜（5973 C）聯(lián)用方法，鑒定基于其質(zhì)譜圖，氣相色譜停留時間和質(zhì)譜商業(yè)標準圖庫(NIST05a)和其他出版的70 eV的質(zhì)譜數(shù)據(jù)比對。質(zhì)譜圖按照嚴格的匹配度進行篩選（典型> 80%）。總的粒子流的峰被結(jié)合成為總面積，每一個單獨的峰分割了整個離子流的面積，形成具有一定占有比例的百分數(shù)，單獨峰的面積百分數(shù)代表該有機物在廢水中所處的比例位置[15]。

2結(jié)果和討論

2.1 生物短程脫氮工藝的啟動

如圖1所示，煤化工廢水生化出水亞硝態(tài)氮濃度較低，MBBR反應(yīng)器內(nèi)亞硝態(tài)氮的積累速率隨著馴化時間的延長顯著增加，在40～50 d，積累率穩(wěn)定在90%的高水平。對MBBR內(nèi)活性污泥進行電子顯微鏡和FISH分析，結(jié)果如圖2所示，優(yōu)勢微生物呈球形和或其他規(guī)則形狀，多個微生物聚集成團排列緊簇，F(xiàn)ISH分析表明大多數(shù)的微生物細胞與亞硝化菌屬Nitrosomonas中的β-Proteobacteria AOB的特異性探針發(fā)生反應(yīng)，而與硝化菌屬Nitrosospira spp.的探針Ntspa662反應(yīng)信號微弱，這表明AOB對亞硝化細菌（NOB）具有絕對的生長優(yōu)勢，成為優(yōu)勢菌群。

圖1 短程脫氮工藝的啟動

圖2 MBBR微生物中AOB的顯微鏡圖片（a）、（b）和FISH圖片（c）、（d）（綠色：NSO190，紅色：Ntspa662）

同時，ANMBBR也具有較高的總氮去除率（約70%，圖3），這是由于接種污泥取自煤化工廢水處理工程A/O池，具有較好的硝化和反硝化活性，含有大量的AOB，通過多種環(huán)境因素共同調(diào)控的啟動策略最終達到亞硝態(tài)氮的高效積累和總氮的去除，實現(xiàn)了生物短程脫氮工藝的快速啟動[9]。而且，煤化工廢水生化出水包含大量有毒抑制物，致使廢水具有較低的可生化性，普通生物處理工藝很難對其進行高效處理。然而，ANMBBR反應(yīng)器具有大量附著生長的生物膜，污泥齡較長，使其具有較高的抗沖擊負荷和自我恢復能力[13]。因此，ANMBBR系統(tǒng)對煤化工生化出水具有良好的適應(yīng)性，其處理后出水更有利于高效的亞硝化。

2.2 HRT對生物組合工藝脫氮性能的影響

反應(yīng)器短程脫氮成功啟動后，保持系統(tǒng)為200%，考察HRT對該組合工藝脫氮性能的影響。HRT逐步由9 h提高至18 h，進出水中氨氮和總氮的變化情況如圖3所示，在HRT為9 h，氨氮和總氮平均的去除率分別為74.0%和61.7%；當HRT提高至12 h，相應(yīng)的去除率分別提高了10.0%和13.0%；最終，HRT增加至18 h，平均去除率穩(wěn)定在70%左右。相對應(yīng)出水平均濃度分別為4.8和13.9 mg·L-1（HRT為12 h）及4.5 和 13.2 mg·L-1（HRT為18 h），均低于國家城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放一級標準的A標準（GB 18918—2002）。氨氮的去除率一直穩(wěn)定在較高的水平（整個過程均高于75%），甚至是在進水水質(zhì)波動較大的運行條件下（HRT為9 h），這歸因于MBBR反應(yīng)器內(nèi)氨氮向亞硝態(tài)氮的高效轉(zhuǎn)化。同時，組合工藝對廢水總氮的去除性能與亞硝態(tài)氮的積累直接相關(guān)，總氮去除主要通過ANMBBR反應(yīng)器內(nèi)的反硝化作用實現(xiàn)，小部分是在MBBR反應(yīng)器內(nèi)作為微生物的氮源或者細胞同化后隨剩余污泥排出（表1），而氨氮在ANMBBR內(nèi)的去除更多歸因于回流的稀釋作用。進一步延長HRT至18 h后，碳氮比被進一步降低，難降解物質(zhì)不斷積累，大量的亞硝態(tài)氮不能直接轉(zhuǎn)化為氮氣進行去除，導致總氮和氨氮的去除率沒有大幅提高。

圖3 不同的水力停留時間對氨氮和總氮去除性能的影響

表1 生物組合工藝對廢水污染物的去除（80～110 d）

而且，亞硝態(tài)氮的過度積累對微生物會產(chǎn)生抑制或毒害作用，引起系統(tǒng)活性污泥性能的惡化[16]。本研究中，隨著HRT由9 h增加至12 h，ANMBBR內(nèi)固著和懸浮活性污泥的平均濃度分別由1.5和2.8 g·L-1增加至1.9和3.2 g·L-1，隨后減少至1.7和 3.0 g·L-1（HRT為18 h），該結(jié)果表明更短的HRT（9 h）加速了生物膜從載體上剝離的速度，導致固著活性污泥隨水力沖刷損失，進而負面影響了缺氧工藝的性能和出水水質(zhì)。然而，得益于缺氧工藝的高效適應(yīng)性，HRT對MBBR內(nèi)固著和懸浮活性污泥影響較小，其濃度分別穩(wěn)定在1.2和1.5 g·L-1左右。因此，從經(jīng)濟和實際應(yīng)用的角度考慮，較長的HRT是不可取的，最適合該組合工藝高效運行的HRT為12 h。中煤龍化哈爾濱煤化工有限公司煤制氣廢水現(xiàn)場處理工藝二沉池出水進入清水脫氨池、混凝沉淀池和曝氣生物濾池，HRT為16 h，出水總酚和氨氮濃度分別為10～20和10～20 mg·L-1[4]。相比于現(xiàn)場工藝處理的效能，ANMBBR-MBBR組合工藝具有更優(yōu)的出水水質(zhì)和更短的處理時間以及經(jīng)濟節(jié)約（不需投加混凝劑）的技術(shù)優(yōu)勢，適于對現(xiàn)有的實際工程進行工藝改造和升級。

2.3對生物組合工藝脫氮性能的影響

如圖4所示，當HRT保持在12 h，考察不同的（100%，200%和300%）對生物組合工藝脫氮性能的影響。當為200%時，氨氮和總氮的平均去除率分別為84.0%和74.7%，隨著回流比增加至300%，氨氮和總氮去除率僅小幅增加，相對應(yīng)的出水濃度分別為4.8和13.9 mg·L-1（為200%）及4.4和13.5 mg·L-1（為300%），均滿足國家城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放一級標準的A標準。結(jié)果表明當在200%～300%之間時，生物組合工藝對煤化工廢水中氮污染物的去除性能相對穩(wěn)定。當為300%時，反應(yīng)器內(nèi)厭氧和好氧環(huán)境的頻繁改變將會導致硝化細菌難以存活，直接有益于AOB的繁殖，提高系統(tǒng)亞硝態(tài)氮的積累速率[10]。然而，這種運行方式將引起厭氧環(huán)境的破壞，導致ANMBBR內(nèi)的反硝化性能惡化，具體表現(xiàn)在當回流比由200%增加至300%時，系統(tǒng)對廢水中總氮去除效能并沒有顯著增加，而且僅依靠增加回流比提高污染物去除效果會導致有毒抑制物的不斷積累限制生物工藝的性能[17]。因此，回流比200%是系統(tǒng)降解性能和成本投入最為合適的選擇。

圖4 不同的回流比對氨氮和總氮去除性能的影響

2.4 有毒抑制物對生物組合工藝脫氮性能的影響

酚類化合物在煤化工廢水生化出水中是主要的有毒抑制物，所占有機污染物比例約20%（表2），是導致煤化工廢水的生物處理效率偏低的重要原因。通過對ANMBBR-MBBR內(nèi)額外添加不同濃度的總酚，分析有毒負荷對生物組合工藝脫氮性能的影響。如圖5所示，當添加總酚濃度由20 mg·L-1增加至50 mg·L-1，傳統(tǒng)A2O工藝硝化抑制率由24.5%提高至45.7%，該工藝的脫氮性能受到嚴重的抑制。但是，該總酚濃度不會導致ANMBBR-MBBR內(nèi)亞硝化菌的抑制，添加的總酚為生物反硝化過程提供了有機碳源。雖然這些添加的總酚因其毒性不能在ANMBBR反應(yīng)器內(nèi)被完全去除，部分有毒物質(zhì)降解為無毒或低毒的物質(zhì)，導致出水的可生化性提高，有利于短程脫氮性能表達。當總酚濃度由20 mg·L-1增加至100 mg·L-1時，ANMBBR-MBBR系統(tǒng)亞硝化性僅下降了15.6%。當總酚濃度提高至200 mg·L-1時，兩種脫氮生物工藝具有不同程度的抑制，A2O工藝基本被完全抑制（抑制率達到82.5%），相應(yīng)的ANMBBR-MBBR則具有較低的抑制性（42.2%）。Kim等[18]研究認為，酚類物質(zhì)對微生物氨氮降解性具有強烈的抑制作用，酚類物質(zhì)在100～200 mg·L-1將會嚴重抑制活性污泥系統(tǒng)內(nèi)硝化反應(yīng)的進行，這與本研究結(jié)果基本吻合。顯然，相比于傳統(tǒng)脫氮工藝，ANMBBR-MBBR系統(tǒng)具有更加穩(wěn)定和高效的脫氮性能，特別是進水高有毒負荷情況，更適用于煤制氣廢水頻繁波動的水質(zhì)。

表2 原水和組合工藝處理出水的GC-MS分析結(jié)果

①?Values represent relative percentage of total peak area. ②?ND—not detected.

Note: Raw—real biologically pretreated CCW; A—ANMBBR effluent; B—ANMBBR-MBBR effluent.

圖5 額外添加總酚對A2/O和ANMBBR-MBBR系統(tǒng)脫氮性能的影響

2.5 組合工藝去除廢水污染物的效能

2.5.1 組合工藝對廢水污染物的去除

生物組合工藝ANMBBR-MBBR對廢水污染物去除最佳運行條件是HRT為12 h和為200%，在此條件下其對廢水COD，氨氮和總氮的去除率分別為68.1%、84.0%和74.7%，相應(yīng)的出水濃度分別為48.0、4.8和13.9 mg·L-1（表1），均達到了國家城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放一級A標準。而且，ANMBBR處理后廢水可生化性得到顯著提高，BOD5值增加100%，BOD5/COD 值由原水的約0.1增加至0.3（表1），有利于MBBR內(nèi)短程硝化的高效運行。ANMBBR-MBBR組合工藝復合短程脫氮工藝與傳統(tǒng)生物脫氮過程相比，需氧量減少25%，大幅降低了曝氣量，減少了工藝運行能耗，而且亞硝酸鹽直接還原為氮氣需要的反硝化碳源供應(yīng)減少了40%，這對于低碳氮比水質(zhì)的煤化工廢水，大幅減少了外加碳源，顯著降低了運行成本[10]。因此，ANMBBR- MBBR有效解決了煤化工廢水生化出水有毒抑制物和低碳氮比限制生物脫氮性能的難題，同時該組合工藝具有高效穩(wěn)定、經(jīng)濟節(jié)約和環(huán)境友好的技術(shù)優(yōu)勢，為煤化工廢水深度脫氮處理提供了新穎的工藝和技術(shù)支撐。

2.5.2 組合工藝對廢水中有毒抑制物的去除

通過氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（GC-MS）對組合工藝處理前后廢水中有機物質(zhì)進行定性分析，考察廢水中主要有毒抑制物的去除特性。結(jié)果如表2所示，煤化工廢水生化出水含有的主要有毒抑制物為：酚類物質(zhì)及其衍生物8種，氮雜環(huán)類6種，長鏈烷烴類5種和芳香烴類3種，分別占廢水總有機物的19.30%，9.44%，7.99%和4.36%，特別是氮雜環(huán)類化合物成為了所占比例較高的有毒難降解物質(zhì)，這與原水中含有較高總氮濃度相一致[19]。ANMBBR處理后廢水可生化性得到顯著提高（表1），這與有毒和難降解物質(zhì)的去除緊密聯(lián)系。分析ANMBBR處理出水有機物組成，有毒抑制物的種類僅減少了5種，但是其所占的比例相對于原水減少了57.9%，多數(shù)有毒抑制物轉(zhuǎn)換為易降解物質(zhì)或徹底去除，例如，高生物毒性的萘及其衍生物均在此階段被基本去除[20]。同時，絕大部分氮雜環(huán)類物質(zhì)在ANMBBR內(nèi)被反硝化徹底去除，處理后出水所占總有機物比例僅為2.04%。同時，該處理過程還產(chǎn)生了許多小分子酸類物質(zhì)，例如丁酸和棕櫚酸等，導致廢水的pH輕微降低，這些簡單的酸類屬于易降解有機物，有助于提高廢水的可生化性[21]，可以在MBBR反應(yīng)器內(nèi)起到共代謝降解的作用，促進短程硝化過程的高效運行[22]。MBBR處理出水中剩余的有毒和難降解物質(zhì)占總有機物比例僅為6.41%，相對于原水減少了84.4%，種類僅剩10種，減少了54.5%。該組合工藝處理過程中產(chǎn)生了較多低毒的酯類物質(zhì)，成為最終廢水殘留的主要有機物組成。綜上所述，ANMBBR-MBBR組合工藝復合短程脫氮技術(shù)處理煤化工廢水生化出水具有高效穩(wěn)定的脫氮性能，經(jīng)濟節(jié)約和環(huán)境友好的技術(shù)優(yōu)勢，適宜工程化應(yīng)用。

3 結(jié) 論

（1）ANMBBR-MBBR生物組合工藝復合短程生物脫氮技術(shù)有效緩解了煤化工廢水生化出水有毒抑制物和低碳氮比對生物脫氮工藝的負面影響，HRT和對該組合工藝處理性能具有顯著的影響，最佳運行條件為HRT12 h，回流比200%，在此條件下組合工藝對廢水中COD，氨氮和總氮的去除率分別為68.1%、84.0%和74.7%，相應(yīng)的出水濃度分別為48.0、4.8和13.9 mg·L-1，均達到了國家城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放一級A標準。

（2）相比于傳統(tǒng)的A2O脫氮工藝，在進水高有毒負荷條件下，ANMBBR-MBBR系統(tǒng)具有更加穩(wěn)定和高效的脫氮效能。

（3）ANMBBR不僅有效地去除了廢水中的有毒抑制物，而且顯著提高了廢水的可生化性，有利于短程硝化的高效和穩(wěn)定運行。GC-MS結(jié)果表明，該組合工藝對廢水主要有毒抑制物可以在短時間內(nèi)高效去除，殘余的有機物主要是酯類。

（4）該生物組合工藝深度處理煤化工廢水具有高效穩(wěn)定的脫氮效能，經(jīng)濟節(jié)約和環(huán)境友好的技術(shù)優(yōu)勢，適宜工程化應(yīng)用。

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Advanced treatment of coal chemical wastewater using a novel MBBR process with short-cut biological nitrogen removal

ZHUANG Haifeng1,2, HAN Hongjun2, SHAN Shengdao1, XUE Xiangdong1

(1Key Laboratory of Recycling and Eco-treatment of Waste Biomass of Zhejiang Province, Zhejiang University of Science and Technology, Hangzhou 310023, Zhejiang, China;2State Key Laboratory of Urban Water Resource and Environment,Harbin Institute of Technology, Harbin 150090, Heilongjiang, China)

The biologically pretreated coal chemical wastewater (CCW) still contains a large number of toxic and refractory compounds which has posed great hazard to the environment. In the present work, a novel integration of anoxic moving bed biofilm reactor (ANMBBR) and MBBR with short-cut biological nitrogen removal (SBNR) was employed for the advanced treatment of real CCW. The results indicated the integrated process effectively alleviated the negative effects of toxic inhibitors and the low carbon/nitrogen on biological nitrogen removal. The best performance was obtained at hydraulic residence time of 12 h and nitrate/nitrite nitrogen recycling ratio of 200%. The removal efficiencies of COD,and total nitrogen were 68.1%, 84.0% and 74.7%, the corresponding effluent concentrations were 48.0, 4.8 and 13.9 mg·L-1, respectively, which all met class-Ⅰ criteria of the Integrated Wastewater Discharge Standard. Meanwhile, compared with traditional A2/O process, the novel integrated process had higher removal performance ofand TN, especially under the high toxic loading. Moreover, the ANMBBR played a key role in degrading toxic inhibitors, which was bene?cial to improve biodegradability (BOD5/COD increased by 0.3) further enhancing SBNR efficiency, and the numbers and kinds of toxic inhibitors decreased by 84.4% and 54.5%, respectively in MBBR. Therefore, the integrated processes could serve as a technically feasible and cost-effective method with potential application for advanced treatment of CCW.

moving bed; biotechnology; wastewater; short-cut biological nitrogen removal; toxic inhibitors

supported by the International Scientific and Technological Cooperation Program of China (2014DFE90040) and the Public Welfare Technology Application Research Project of Zhejiang Province, China (2016C33108, 2015C33301).

date: 2016-03-30.

Dr. ZHUANG Haifeng, zhuanggao1984@ 163.com

X 703.1

A

0438—1157（2016）09—3919—08

10.11949/j.issn.0438-1157.20160382

國家國際科技合作專項項目（2014DFE90040）；浙江省公益技術(shù)研究社會發(fā)展項目（2016C33108，2015C33301）。

2016-03-30收到初稿，2016-05-22收到修改稿。

聯(lián)系人及第一作者：莊海峰（1984—），男，博士，講師。