王俊杰¹，寧艷春¹，侯德剛²
(1.中國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任公司，吉林 吉林 132101)

　　摘要：針對某大型化工企業新建的污水生物脫氮處理系統，研究了舍有生物毒性物質的化工污水對硝化作用的影響。研究結果表明：來源于個別排放點的染料生產污水、橡膠生產污水、助劑生產污水對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⁺均對硝化作用有明顯的抑制作用，從而導致生化處理系統的硝化反應速率明顯降低，而且以^Ni2+最為顯著。
　　關鍵詞：化工污水；污水處理；生物毒性；硝化
　　中圖分類號：X78；X703 文獻標識碼：A 文章編號：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，目的是同時去除COD，BOD和氨氮。在試驗研究和生產試運行的過程中發現，NH₄^-向NO₂-和NO3^-的轉化速率明顯偏低。
　　有資料顯示^[l-2]，某些工業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，某些工業污水中可能存在對硝化作用有影響的成分。
　　采用間歇硝化試驗的方法，對該企業幾股主要污水對硝化作用的影響進行了研究，證實了其中某些污水具有生物毒性。

1 方法原理

1.1 間歇硝化試驗的試驗方法
　　根據排放污水的組成，取具有一定特性的單股污水作為試驗用水，取具有良好硝化作用的活性污泥為種污泥，設計了一組能夠控制溫度、pH值、溶解氧等條件的間歇生化反應器進行試驗。控制起始氨氮濃度、污泥濃度和反應時間，測定污泥濃度和好氧條件下反應起始、終了氨氮濃度，計算出含有生物毒性物質的污水的硝化速率。
1.2 間歇硝化試驗過程中硝化反應級數的確定
　　根據DowninS和Hopwood的理論^[3]，進行硝化反應的生物體——硝化細菌的生長和底物濃度符合Monod方程：

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

　　當滿足ρ(NH₃-N)》K_N條件時，μ=μmax與NH₄+ -N的質量濃度無關。
　　忽略內源呼吸作用，K_N=μ／Y_N(Y_N為產率系數)，那么，當ρ(NH₃-N)》K_N也與NH₃-N的質量濃度無關，反應為零級反應。
　　設計間歇硝化試驗的起始氨氮的質量濃度為120 mg／L，試驗過程氨氮的質量濃度控制在80-120mg／L之間變化，滿足ρ(NH₃-N)》K_N的條件。控制溫度、pH值、溶解氧等條件滿足硝化反應的要求且保持穩定，可認為間歇硝化試驗滿足零級反應條件。
1.3 硝化速率的計算方法
　　對零級硝化反應，可以用氨氮去除負荷近似表示硝化速率，硝化速率K_N可用下式計算：
　　
　　式中：ρ(NH₃-N)₀——起始氨氮質量濃度，mg／L；
　　　　　ρ(NH₃-N)——終了氨氮質量濃度，mg／L；
　　　　　t——反應時間，d；
　　　　　ρ(MLVSS)——揮發性污泥質量濃度，g／L

2 試驗結果

2.1 零級反應的試驗驗證
　　向化工污水中投加硫銨，分別進行兩組間歇硝化試驗，反應起始NH₃-N的質量濃度分別在120mg／L和80mg／L，反應時間4h，NH₃-N隨時間的變化結果如圖1所示。

　　圖1的結果表明，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，可以認為前面敘述的試驗方法是可靠的。
2.2 染料污水對硝化作用的影響
2.2.1 硝化速率測定
　　染料污水COD量約占該企業污水COD總量的70%，研究選擇了5個不同的配水比例，對染料污水進行稀釋后，做了4組間歇硝化試驗，結果見表1。

表1 的硝化速率測定結果

　　試驗結果表明，當染料污水在全部污水中的比例達到5％時，硝化速率降低約50％；當比例達到10％時，硝化速率降低65％以上。由此可見，該企業的染料污水對硝化作用有明顯的抑制作用。
　　為進一步考察染料污水抑制硝化作用的具體原因，對染料污水進行了詳細排查，發現其中污染負荷較大的污染源有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，又分別針對以上兩類污水的特點進行了間歇硝化試驗，以驗證究竟哪種污水對硝化作用產生了重大影響。
2.2.2 污染負荷較大的點源對硝化作用的影響
　　我們從污染負荷較大的點源中選取了H酸母液、2—萘酚p鹽母液兩個有代表性的污水，配制5個不同的比例進行間歇硝化試驗，結果見表2、表3。

表2 H酸母液對硝化作用影響的測定結果

　　試驗結果表明，H酸母液、β鹽母液僅是可生化性較差，影響COD達標，但沒有表現出對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鹽母液對硝化作用影響的測定結果

2.2.3 染料污水中的特征污染物對硝化作用的影響
　　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，為驗證它們對硝化作用的影響，對含有上述物質的配水分別進行了間歇硝化試驗，結果見表4。

表4 含特征污染物的配水硝化速率測定結果

　　測定結果，硝基苯、苯酚的質量濃度超過5mg／L、苯胺的質量濃度達到10mg／L時，硝化速率下降約50％。這說明硝基苯、苯胺、苯酚對硝化作用均有很明顯的抑制作用。
　　特征污染物硝基苯、苯胺、苯酚對硝化的抑制作用，說明了染料污水是含有生物毒性物質的抑制硝化作用的化工污水之一。
2.3 橡膠生產污水對硝化作用的影響
　　橡膠生產污水中存在硫醇類物質，硫醇類物質是硝化作用的強烈抑制物。為此，對橡膠生產污水進行了4組間歇硝化試驗，以驗證其對硝化作用的影響程度。試驗結果見表5。

表5　 橡膠生產污水的硝化速率測定結果

　　試驗結果表明，橡膠生產污水對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硝化反應速率低的重要因素之一。
2.4 助劑生產污水對硝化作用的影響
　　助劑生產過程中排放一股亞硝化母液，其中COD和氨氮的質量濃度分別為4000和1380mg／L，為驗證其對硝化作用的影響，進行了間歇硝化試驗，結果見表6。

表6 亞硝化母液的硝化速率測定結果

　　試驗結果說明，亞硝化母液對硝化作用產生了嚴重的抑制作用。
2.5 某些金屬離子的污水對硝化作用的影響
　　Cu²⁺是該企業化工污水中常見的陽離子之一，為驗證其對硝化作用的影響，進行了含Cu²⁺污水的間歇硝化試驗。用同樣的方法，對化工污水中常見的Zn²⁺ Mn²⁺，Ni²⁺產進行了試驗，結果見表7。

表7 金屬離子污水的硝化速率測定結果

　　表7結果表明，在試驗條件下，Cu²⁺對硝化作用影響不大，但Zn²⁺，Mn²⁺，Ni²⁺對硝化作用影響很大，Mn²⁺的質量濃度達到5 mg／L，硝化速率降低50％；而Ni²⁺的質量濃度僅0.2mg／L，硝化速率就降低了50％。

3 結論

　　通過對化工污水進行間歇硝化試驗，確定了染料生產污水、橡膠生產污水、助劑生產污水對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⁺均對硝化作用有影響，而且以Ni²⁺最為顯著。

參考文獻：

[1] 侯景樹，馬文杰.城市污水低溫生物脫氮技術與實踐[J].給水排水技術動態，1994，（1）：14-21.
[2] 蘭淑澄，司亞安，高潔.焦化廢水A/O生物處理新工藝的研究[J].給水排水技術動態，1994，（2）：18-24.
[3] 秦麟源.廢水生物處理技術[M].上海：同濟大學出版社，1987.

作者簡介：王俊杰(1968—)，男，吉林省吉林市人，高級工程師，中國石油吉林石化公司研究院科研處處長，中國土木工程學會給排水專業委員會委員、中國水網咨詢專家、吉林省環保科學學會副理事長，1991年畢業于清華大學環境工程專業，現從事化工及環抱 領域的科研及管理工作，電話(0432)3977914，poorwang@163．net.