焦化废水处理厂活性污泥对硫氰化物的降解机制.docx

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1、焦化废水处理厂活性污泥对硫氧化物的降解机制用分光光度法和离子色谱法，研究了A/A/O工艺焦化废水处理厂的进出水质和活性污泥对硫氟化物(SCN-)的降解机制.研究结果说明，SCN-主要在A/A/O工艺的好氧单元中降解去除；在常温(25。C)下活性污泥对SCN-降解的动力学过程符合米氏方程，VnIaX为IL15mgSCN-(g-1MLSS)h-l,Km为44.96mgLT；15C低温显著降低SCN-的降解速率；在15下，92.62明卜代0-能在2411内完全降解，其中的N和S元素相应地生成了NH3、NO-2和S2-等中间代谢产物，并最终转化为产物N0-3和S02-4；N和S元素的转化率分别为94.

2、32%和99.08%,基本符合物料守恒定律，说明SCN-中N和S元素在好氧池中可以彻底降解转化N0-3和S02-4.这些结果对于了解好氧池的功能和提高焦化废水中的SCN-去除率具有重要意义.焦化废水是原煤高温干储、煤气净化和化工副产品回收与精制过程中产生的工业废水，其中含有酚类、叱哽、口引喋、喳琳、氧化物、硫氧化物(SCN-)和氨氮等几十种污染物质，成分复杂，污染物浓度高，毒性大，性质非常稳定，是一种典型的难降解有机废水，其特征之一是富氮缺磷.在焦化废水的含氮化合物中，无机氮化合物主要为NH+4-N(33.6%)、氟化物(7.5%)和SCN-(40.4%),折算的总氮浓度约240mg-L-I,

3、占82.5%左右；有机氮化合物主要为胺类、有机庸类和含氮杂环化合物(如叱哽、呻味和喳琳等)，折算的总氮浓度低于50mgL-I,约占17.5%.酚类、硫氟化物和氧化物等是焦化废水COD的三大主要来源，其去除效果直接影响出水的达标排放.SCN-可结合蛋白质，是一种非竞争性抑制剂，能抑制多种酶学反应过程，低浓度(12mmol)的SCN-可以毒害多种高等生物.活性污泥中含有多种微生物，其中一些微生物可以以SCN-作为其碳源、氮源或硫源，将其代谢为So2-4、C02和NH+4,约10%NH+4-N可进一步被微生物转化为生物质，其他则以NH+4形式进入水体.在焦化废水A/A/O工艺中，好氧池能把SCN-逐

4、步氧化为NH3、No-2和No-3,硝态氮可以通过回流实现反硝化，最后转变为氮气而去除.研究说明SCN-的降解有两种途径，在焦化废水处理厂分离的SCN-降解菌Thiobacillusthioparus属于COS降解途径，而在金冶炼废水污染土壤中分离的PseudomonasPutida和Pseudomona,Stutzeri属于CNo一降解途径.两级膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器，在微氧条件下对焦化废水SCN-(287.1539.9mg-LT)的去除率高达99.9%.SCN-与酚类和NH3之间存在交互影响作用，高浓度苯酚严重抑制SCN-的降解，而SCN-抑制苯酚和NH3生物降解.所以，研究SC

5、N-的降解动力学和去除机制对于预测生物反应器的功能具有重要意义.SCN-的降解转化受污泥特性、反应器的性质与运行条件的影响.*韶钢焦化废水处理厂活性污泥对SCN-的降解动力学已有报道，但是对其氧化降解过程中S和N元素的转化规律未见报道.*钢铁集团焦化废水处理厂是A/A/O工艺，不同于韶钢的生物流化床A/01/H/02工艺，此外，我国东北地区冬季寒冷漫长，夏季温暖短暂，六月份平均气温是28。C左右，十月份平均气温是KrC左右，15。C左右的气温经常出现，15。C低温下SCN-降解转化鲜见报道.所以，本研究以*AAO工艺为根底，研究好氧段的活性污泥对SCN-降解机理和动力学特征，可为实际工艺运行提

6、供理论根底.1材料与方法1. 1活性污泥和水样*钢铁集团焦化废水处理厂焦化废水水质和A/A/O工艺运行参数见表1.表1焦化废水主要水质指标和运行参数厌氧池和缺氧池的溶解氧(D0)37935mg-L-1时，前40hSCN-降解缓慢,而随后降解加快,说明低温下379.35-446.51mgLTSCN-能抑制活性污泥微生物菌的活性,从而延长其降解时间.对SCN-浓度与时间的变化开展线性回归分析，求出其相应的降解速率.从图4b看出SCN-的降解速率是先升后降，在200mgL1SCN一时到达最大值，vmax为L5mgSCN(g-lMLSS)h-l),说明低温下SCN-浓度明OOnIgL-I时则抑制活性污

7、泥微生物的活性，其降解动力学不符合米氏方程.此外，在SCN-浓度一样时，低温下SCN-的降解速率明显低于常温下SCN-的降解速率，说明低温可抑制微生物的降解作用.3037。C是SCN-降解菌群的最正确温度，但是由于季节和昼夜温度的变化，焦化废水处理厂好氧池温度也随之波动;东北由于冬季寒冷漫长，好氧池温度可能在1540。C左右波动，而25。C常温较为多见，15。C可能在冬季会出现；所以，活性污泥的SCN-降解功能菌群在适应水质PH的同时，也逐步适应温度变化.为了稳定的出水水质，污水处理厂在冬季应该开启加热装置，尽可能提高好氧池温度，增强活性污泥微生物的生长和生物活性.表2计算1/S和1/v图4：

8、15。C低温下SCN-初始浓度对其降解的影响和SCN-降解动力学2. 5低温下SCN-降解过程中S和N元素的转化SCN-中含有S、C和N等3种元素，降解产物浓度分析说明低温下活性污泥的功能微生物几乎能在一天内将92.62mgL-I的SCN-完全降解，并将其中的SCN-N元素(22.35mgLT)依次转化生成NH3-N、NO2-N和NO3-N等产物(图5a),而SCN-S元素可依次转化生成硫化物(S2-)和S02-4(图5b).从图5(a)看出，22.35mgL-ISCN-N元素可以被微生物完全利用，在24h完全消失，继而转化生成的NH3-N浓度随着SCNN浓度的降低而升高，15h到达最大值，然

9、后随时间逐渐降低，并在50h内消失;No-2-N浓度在SCN-N完全降解(24h)后才累积到达最大值(27h),随NH3-N浓度的逐渐降低而降低，72h降为0；NO-3-N在35h内随着SCN-N浓度及累积的NH3-N和N02-N浓度的依次降低而升高，在NH3-N消耗完全后其浓度随着No-2-N浓度的降低而升高，当NO-2-N在72h降为。时N0-3-N达浓度累积到最大值（2L09mgL-1）,说明所有的SCN-N元素转变为NO-3-N元素.由于NH3-N可以被活性污泥中的硝化功能菌群逐步氧化生成N0-2-N和NO-3-N,所以，在SCN-N降解过程中NH3-N浓度不能持续升高；同样，由于NO

10、-2-N可进一步氧化为N0-3-N,N0-2-N浓度不能持续升高；当所有SCN-N,NH3-N和NO-2-N消耗殆尽时，N0-3-N到达最大值,SCNN全部转化为N0-3-N.SCN-N转化为N0-3-N的N元素的转化率为9432%（图5c）,基本符合物料守恒定律.图5：SCN-降解过程中N和S元素转化产物的浓度变化从图5b看出，在SCN-降解过程中，其中的SCN-S首先转化为S2-,S2-浓度随着SCN-S浓度的降低而升高，在15h到达最大值，然后随着SCN-S浓度的降低而降低;So2-4随着SCN-S浓度的降低而迅速升高，在S2-消耗殆尽后到达最大值，说明在SCN-降解过程中S2-浓度的生

11、成速率大于S02-4的利用速率.初始SCN-S元素浓度为51.IOmg-L-1,55h时S02-4-S元素浓度升高到50.63mg-L-1,S元素的转化率为9908%（图5c）,基本符合物料守恒定律.说明好氧活性污泥中含有高效的SCN-和硫化物降解菌群，其在充足的DO条件下，能迅速将SCN-S中的S相继转化S2-和S02-4；与N元素的转化相比，S元素的转化较快，转化率更高.微生物降解SCN-有两个途径，一是COS途径，在硫氟酸盐水解酶作用下，SCN-中氮-碳键发生水解生成COS与NH3,COS中的cS键断裂生成C02和H2S,H2S进一步氧化生成So2-4；二是CN0-途径，SCN-中的硫-

12、碳键断裂水解为氟酸盐(CNO-)和HS-,CN0-由氨酸盐水解酶水解生成NH3和C02,S2-进一步氧化生成硫化物和S02-4.活性污泥是一个微生物复合体，在SCN-降解过程中，检测到NH-3、N0-2和S2-中间产物以及N0-3和S02-4末端产物，且N0-3-N和S02-4-S元素的转化率分别为94.32%和99.08%,说明活性污泥可能同时存在两种降解途径,将SCN-中的N和S元素彻底氧化为N0-3和S02-4.另外，在SCN降解过程中，NH3-N和No-2-N中间产物浓度依次出现累积峰，且在峰值时NH3-N累积浓度高于N02-N,说明SCN-降解产生NH3-N的速度快，而NH3-N的硝

13、化反应速度慢，所以，N元素的转化过程是：SCNNNH3N0-2-N0-3,推测硝化反应速度可能是SCN-降解的限制步骤.此外，在SCN-降解过程中S2-也出现累积峰，说明的S02-4生成的速度慢于S2的生成速度,S元素的转化过程是：SCNS-S2-S02-4.基于SCN-的降解机制和降解动力学研究结果，认为SCN-降解较快(24h),而其降解产物NH3和S2的转化则较慢(48h)；SCN-的降解不仅需要其自身的高效降解菌群，还需要高效的硝化菌和硫氧化菌菌群.所以，污泥的微生物菌群构造和多样性还需要进一步深入研究，揭露其高效的降解机制，为污水处理过程提供理论根底.3结论(1)焦化废水中的SCN-主要在A/A/O工艺的好氧池中降解，其降解的最正确PH值为79,最正确温度为3037.(2)25。C常，活性污泥对SCN-的降解符合米氏方程，动力学参数vmax-11.15mgSCN-(g-lMLSS)h-lKm-44.96mg,L-l.(3)15。C低温下，SCN-中的N和S在降解过程中可相应地形成中间代谢产物：如NH3-N、No-2和S2-等，并最终彻底转化为N0-3和S02-4产物；活性污泥可能同时存在COS和CN0-两个降解途径.