焦化废水传统的生物脱氮工艺,即全程硝化-反硝化生物脱氮技术是在20世纪70年代于加拿大开始实验研究的。我国的焦化废水生物脱氮技术研究于20世纪80年代末90年代初,在90年代中期取得了传统生物脱氮技术即全程硝化-反硝化生物脱氮技术的研究成功,开发了焦化废水生物脱氮的A/O、A2/O等工艺。同时,上述工艺,在上海宝钢、山东薛城等焦化厂污水处理站投入生产实际应用,取得了良好的运行效果。除此之外,一些新兴的脱氮工艺也用于焦化废水的处理过程,例如:同步硝化反硝化工艺、短程硝化-反硝化工艺、短程硝化-厌氧氨氧化工艺等[6]。其中最具有研究价值的脱氮工艺当属厌氧氨氧化生物脱氮工艺,顾名思义,厌氧氨氧化脱氮工艺主要是依靠厌氧氨氧化菌实现的,厌氧氨氧化菌是一类细菌,属于浮霉菌门,属革兰氏阴性菌,其形态多样,有球形,卵形等,它们对全球氮循环具有重要意义,也是目前污水处理中重要的细菌,细胞内分隔成3个部分:厌氧氨氧化体,核糖细胞质和外室细胞质。厌氧氨氧化体是厌氧氨氧化菌所特有的结构,占细胞体积的50-80%,厌氧氨氧化反应在其内部进行[7]。具体工作原理及其优势如下:源:自/优尔-·论,文'网·www.youerw.com/
厌氧氨氧化生物脱氮工艺是在缺氧的条件下,第一步是通过氨氧化菌氧化铵为亚硝酸盐,并且特定的异养微生物将芳族化合物的完全生物降解。然后,控制反应条件,使得废水中氨和亚硝酸盐的浓度比值达到1:1,用于厌氧氨氧化工艺。其中实现了氮素污染物的去除,同时又无需曝气,不用提供额外的碳源,具有运行费用低且能耗较少的优点[8]。因此,采用厌氧氨氨氧化工艺处理焦化废水具有潜在的经济优势和较高的脱氮性能。
然而,厌氧氨氧化菌对运行条件非常敏感 [9],例如:研究发现了基质浓度、温度、pH值、溶解氧浓度(DO)以及有机物等生态因子对厌氧氨氧化菌的生理活动的影响都是比较明显的,它们都能够影响厌氧氨氧化菌的生长、繁殖和代谢等生理活动。所以,通过这些生态因子的研究,有助于揭示适宜厌氧氨氧化菌发挥脱氮作用的生态位。这其中,pH值是主要通过对微生物和基质产生的作用来影响厌氧氨氧化的反应。另外,pH值也可以通过影响废水中的游离氨(FA)和游离亚硝酸(FNA)的浓度来进行影响厌氧氨氧化的反应[10]。除此之外,有毒化合物硫氰酸根离子和氰化物的存在,也会显著影响反应器中的厌氧氨氧化菌的活性和脱氮性能。
已有研究报道芳香族化合物对厌氧氨氧化菌的抑制作用。研究了苯酚对厌氧氨氧化过程中的短期和长期影响,尤其是苯酚对反应器中的厌氧氨氧化颗粒特性和微生物群落结构和组成的影响。Carlos Ramos 等人对一些芳香族化合物对厌氧氨氧化颗粒的短期影响进行了量化,芳香族化合物包括邻甲酚、对硝基苯酚、邻氯苯酚和喹诺酮。在生物废水处理系统中,评估了硫氰酸根离子对硝化作用的影响[11, 12], Sang-Sik Kim等人[11]研究,硫氰酸根离子浓度高于250 mg L-1时对硝化过程产生消极影响。Young Mo Kim 等人[12]研究,硝化细菌微生物群落结构与硫氰酸根离子冲击负荷相关。
铁在微生物生长过程中起着相当重要的作用。一些重要的蛋白质的合成,如血红素,铁-硫蛋白,和其它蛋白质[13-14]。铁的重要功能之一是参与血红素的形成,而血红素则是厌氧氨氧化菌中能量代谢与合成的重要电子载体,铁离子的添加可以促进血红素的形成,进而提高其生长速率以提高厌氧氨氧化反应器的脱氮性能;但是,较高浓度的铁离子存在会与微生物酶的作用基团反应而钝化其活性,使蛋白质失活从而造成不可恢复的影响。因此,适当剂量的铁能够显著提高厌氧氨氧化的活性和提高反应器的脱氮性能。此外,硫氰酸根离子与铁反应会生成一系列铁复合物,如具有代表性的Fe(SCN)n3-n n = 1,…,6[15]。因此,添加的Fe(Ⅲ)结合污泥表面的硫氰酸根离子生成无毒的Fe(SCN-)n3-n,进而对厌氧氨氧化菌起到解毒作用。