焦化废水是典型的高浓度、高污染、有毒难降解工业有机废水。针对其当前生物处理系统污染物去除效率低,普遍面临投资成本高,出水COD、NH4+和色度等指标难以稳定达标等诸多问题,本文即以硫氰化物作为切入点,在分析SCN-污染特性和在典型焦化废水处理系统A/O1/H/O2生物处理工艺中的沿程降解数据基础上,针对性分析SCN-的生物降解动力学特性,并重点考察酚类对SCN-降解及SCN-对氨氮硝化过程的影响,综合评价SCN-在焦化废水实际降解过程中与其他污染物的交互作用,以深入探讨其对焦化废水稳定达标控制的影响,为多组分复杂体系焦化废水处理工艺的合理选择设计与优化运行,建立焦化行业废水经济、高效、稳定的达标处理工艺技术体系提供理论依据。
硫氰化物作为焦化废水含量最高的无机污染物之一,不仅对水生生态环境和人类健康十分有害,而且对焦化废水COD、色度及NH4+-N等指标均有直接或间接贡献。经测试,SCN-的COD当量为1.10,对焦化废水COD贡献量占15%以上,是焦化废水中仅次于酚类的COD第二大来源。须将SCN-的去除作为焦化废水污染控制的重要内容。
利用实际焦化废水生物处理系统活性污泥菌群和实际焦化废水,研究混合废水环境中SCN-的生物降解特性,发现SCN-在好氧条件下可以被微生物利用,降解过程属不受底物抑制的生物酶促反应,符合Michaelis– Menten动力学模型。在实验微生物菌群和废水水质环境条件下,SCN-的降解速率达20.15 mgSCN-·gMLSS-1·h-1,属较易被生物降解的污染物组分。但与酚类相比,SCN-的降解更为缓慢而敏感,是焦化废水COD和NH4+值控制的关键限速步骤。
采用除碳单元和脱氮单元活性污泥分别进行抑制作用研究,结果表明:酚类（以苯酚为代表）对SCN-的降解会产生非基质竞争利用的毒性抑制作用,使SCN-的降解速率下降、延长其降解时间,高浓度甚至使污泥丧失对SCN-的降解活性,无法实现SCN-的有效降解。另一方面,SCN-对硝化过程两个阶段的反应均有显著抑制作用,既降低了NH4+的去除效率,延长硝化反应时间,又使硝化系统反应不彻底而积累NO2-,导致硝化反应效果不理想,进而影响硝化脱氮系统的建立及优化。焦化废水原水的连续曝气生物处理结果证实,活性污泥在含高浓度酚类、SCN-和氨氮的焦化废水原水的连续、高负荷冲击作用下,废水中污染物间的抑制作用使污泥的菌群结构及功能发生改变,仅能实现酚类的快速去除却无法培养驯化起SCN-降解菌,需将SCN-的降解过程与酚类降解单元分级组合,避免污泥活性受干扰抑制影响,以实现SCN-的有效降解。
SCN-在生物处理过程中与酚类、NH4+之间的交互作用使焦化废水的处理变得复杂且难以控制,不仅限制了处理系统污染物负荷的承受能力、延长反应停留时间,进而降低单元工艺处理效率,使工程投资和运行成本增加,还容易引发连锁效应,使系统难以稳定运行。这是造成焦化废水难处理特性的重要因素之一。因此,焦化废水的生物处理工艺需认真考虑污染物去除的微观降解动力学与单元过程水力学的协同增效作用,合理选择组合工艺或适配运行参数参数,规避污染物之间的干扰抑制,以实现多单元工艺技术的集成与优化,提高废水生物处理系统的整体工艺效率
