煤化工是(yes)一(one)項耗水量高、污染物含量高的(of)産業，随着我(I)國(country)環保法規的(of)日益嚴格，煤化工廢水的(of)“分質鹽零排放”已經成爲(for)了(Got it)必然趨勢，對于(At)新建煤化工項目而言，煤化工廢水處理流程通常爲(for)：預處理—生(born)化處理—深度處理—含鹽水處理—濃鹽水處理—蒸發結晶，其中含鹽水處理單元一(one)般采用(use)雙膜工藝（超濾+反滲透）。

  對于(At)雙膜工藝而言，若來(Come)水中的(of)氨氮濃度偏高，會造成微生(born)物在(exist)膜上(superior)的(of)滋生(born)，導緻膜的(of)污堵，同時(hour)由于(At)反滲透對氨氮的(of)截留率不(No)高，來(Come)水氨氮濃度偏高會導緻産水中的(of)氨氮超标。在(exist)分鹽的(of)情況下，硝酸鹽和(and)亞硝酸鹽會影響結晶鹽的(of)品質和(and)鹽的(of)回收率。

  因此，作(do)爲(for)氨氮和(and)總氮的(of)主要(want)控制手段之一(one)，生(born)物脫氮在(exist)煤化工廢水處理領域受到(arrive)廣泛關注。

  煤化工廢水中硬度、難降解有機污染物等物質對脫氮微生(born)物活性的(of)抑制是(yes)脫氮工藝所面臨的(of)最爲(for)棘手的(of)問題。同時(hour)，煤化工廢水水量大(big)、氨氮含量高的(of)特點，導緻了(Got it)煤化工廢水生(born)化單元所需的(of)碳源量較大(big)，造成生(born)化單元的(of)運行成本較高。

  短程硝化反硝化工藝以(by)其節省碳源、降低需氧量、縮短水力停留時(hour)間、減小所需堿度等優點，在(exist)污水處理領域日益受到(arrive)重視，但該工藝在(exist)煤化工廢水中應用(use)較少。

  本研究針對煤化工廢水水量大(big)、氨氮含量高、抑制性物質多的(of)特點，将經過生(born)物強化的(of)短程脫氮工藝應用(use)于(At)低B/C的(of)煤化工實際廢水中，考察了(Got it)其對氨氮、總氮去除的(of)效果，并對系統短程硝化效果進行了(Got it)評價，最後對系統的(of)活性污泥微生(born)物群落結構進行了(Got it)分析。

1 材料與方法

1.1 廢水水質

實驗用(use)水取自中國(country)石化某煤化工企業的(of)污水單元調節池，其pH 8.83、全鹽質量濃度2 080 mg/L、氨氮143.5 mg/L、總氮157 mg/L、COD 223 mg/L、BOD 39 mg/L、堿度888 mg/L。

1.2 污泥體系

  以(by)中國(country)石化某公司含氨污水處理系統的(of)活性污泥爲(for)種泥，以(by)大(big)連石油化工研究院自主研發的(of)菌劑作(do)爲(for)接種的(of)脫氮微生(born)物，在(exist)種泥和(and)菌劑的(of)體積比爲(for)9:1的(of)情況下，建立本實驗的(of)活性污泥體系。菌劑由具有硝化功能的(of)微生(born)物（以(by)Nitrosomonas菌屬、Nitrobacter菌屬爲(for)主）和(and)具有反硝化功能的(of)微生(born)物（以(by)Hyphomicrobium菌屬、Ignavibacterium菌屬爲(for)主）組成，其中具有硝化功能的(of)微生(born)物占比15%以(by)上(superior)，具有反硝化功能的(of)微生(born)物占比30%以(by)上(superior)。

  實驗采用(use)SBR工藝，每周期6 h，其中反應4 h，其餘時(hour)間爲(for)沉降和(and)排水。反應器的(of)有效體積爲(for)1.5 L，pH控制在(exist)7.5~8.5，好氧段DO控制在(exist)0.5~2.5 mg/L，厭氧段DO控制在(exist)0.1~0.5 mg/L，溫度控制在(exist)28~ 35 ℃。污泥按照MLSS爲(for)3 000 mg/L左右接種至反應體系。

  實驗分爲(for)兩個(indivual)階段：進水負荷提高階段和(and)間歇曝氣比（好氧曝氣和(and)缺氧攪拌的(of)時(hour)間比）調整階段。進水負荷提高階段（第1周期—第33周期）的(of)間歇曝氣比爲(for)3:1，根據出(out)水的(of)氨氮和(and)總氮濃度，逐步提高反應器的(of)進水負荷；該階段的(of)運行方式爲(for)瞬時(hour)進水，一(one)段曝氣2 h、缺氧攪拌1 h、二段曝氣1 h、沉澱1 h、排水1 h。

  在(exist)間歇曝氣比調整階段（第34周期—第38周期），初始的(of)進水氨氮負荷和(and)間歇曝氣比分别爲(for)0.31 kg/（m3·d）和(and)2.7:1.3，根據出(out)水的(of)氨氮和(and)總氮濃度，調整進水氨氮負荷和(and)間歇曝氣比；當間歇曝氣比爲(for)2.7:1.3時(hour)，該階段的(of)運行方式爲(for)瞬時(hour)進水，一(one)段曝氣2 h、缺氧攪拌1.3 h、二段曝氣0.7 h、沉澱1 h、排水1 h，當間歇曝氣比爲(for)3:1時(hour)，該階段的(of)運行方式與進水負荷提高階段的(of)運行方式相同。

1.3 實驗儀器和(and)分析方法

  常用(use)儀器包括：Sartorius AG型精密pH計，德國(country)賽多利斯公司；DR2800型水質分析儀，美國(country)哈希公司；BT-210S型電子分析天平，德國(country)賽多利斯公司；HQd型溶氧儀，美國(country)哈希公司。

NH3-N濃度采用(use)蒸餾和(and)滴定法測定；NO2--N濃度采用(use)分光光度法測定；總氮濃度采用(use)堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法；溶解氧（DO）和(and)溫度采用(use)溶氧儀測定；pH采用(use)pH計測定；COD采用(use)重鉻酸鹽法測定；污泥濃度（以(by)MLSS計）采用(use)重量法測定。

  進水氨氮由5 mg/L最終提升至80 mg/L左右，進水氨氮負荷由0.04 kg/（m³·d）最終提升至0.34 kg/（m³·d）左右，在(exist)此過程中，氨氮去除負荷由0.02 kg/（m³·d）提升至0.32 kg/（m³·d）左右。

  前33個(indivual)周期中，将間歇曝氣比控制在(exist)3:1，此時(hour)除第7個(indivual)周期外（出(out)水氨氮爲(for)10.4 mg/L），即使不(No)斷提高進水氨氮負荷，都可以(by)保證出(out)水氨氮低于(At)8 mg/L，滿足《石油煉制工業污染物排放标準》（GB 31570—2015）和(and)《石油化學工業污染物排放标準》（GB 31571—2015）中的(of)氨氮排放限值。

  而第7周期的(of)出(out)水氨氮濃度高，是(yes)由于(At)反應器運行初期，氨氮去除能力不(No)穩定所導緻。第34周期—第36周期，間歇曝氣比調整至2.7:1.3，出(out)水氨氮濃度升高，即使将進水氨氮負荷降低至0.29 kg/（m3·d），也不(No)能保證出(out)水氨氮低于(At)8 mg/L。第37周期、第38周期在(exist)進水氨氮負荷不(No)變的(of)情況下将間歇曝氣比恢複至3:1，出(out)水氨氮低于(At)5 mg/L。

  缺氧時(hour)間所占的(of)比例越大(big)越有利于(At)亞硝酸鹽氮的(of)積累，因此本實驗在(exist)第34周期—第36周期降低了(Got it)間歇曝氣比，但運行中發現，随着曝氣時(hour)間的(of)減少，氨氮去除負荷降低進而導緻出(out)水氨氮濃度的(of)增高。

  爲(for)了(Got it)優先保證出(out)水氨氮小于(At)8 mg/L，因此将實驗的(of)間歇曝氣比恢複至3:1。有研究表明，間歇曝氣比爲(for)0.55~6.16均能夠成功實現短程硝化，實驗最終采用(use)的(of)間歇曝氣比也在(exist)此範圍之内。

2.1 總氮處理效果

  在(exist)進水總氮爲(for)25~85 mg/L、進水總氮負荷爲(for)0.04~0.33 kg/（m3·d）時(hour)，出(out)水總氮可以(by)保持在(exist)40 mg/L以(by)下，滿足《石油煉制工業污染物排放标準》（GB 31570—2015）和(and)《石油化學工業污染物排放标準》（GB 31571—2015）中的(of)總氮排放限值；當進水總氮提升至85~97 mg/L、進水總氮負荷提升至0.36~0.38 kg/（m³·d）時(hour)，出(out)水總氮在(exist)40~50 mg/L。

  第28周期、第30周期、第33周期、第34周期、第35周期中，進水總氮負荷同爲(for)0.33 kg/（m3·d），總氮的(of)去除負荷分别爲(for)0.23、0.22、0.23、0.25、0.22 kg/（m3·d），出(out)水總氮分别爲(for)28、22、27、24、27 mg/L。

  由此可見，在(exist)第34周期、第35周期中雖增加了(Got it)攪拌時(hour)間，并不(No)能保證總氮去除負荷的(of)穩定升高，也不(No)能保證出(out)水總氮濃度的(of)進一(one)步降低，同時(hour)曝氣時(hour)間的(of)減少導緻了(Got it)出(out)水氨氮濃度的(of)升高

  第27周期、第36周期、第37周期、第38周期的(of)結果進一(one)步确定了(Got it)這(this)一(one)現象，此時(hour)進水總氮負荷同爲(for)0.31 kg/（m³·d），總氮去除負荷分别爲(for)0.16、0.22、0.23、0.23 kg/（m³·d），出(out)水總氮分别爲(for)40、25、20、22 mg/L，其中在(exist)第36周期增加了(Got it)攪拌時(hour)間。

2.2 短程硝化效果的(of)評價

  通過對一(one)段曝氣結束後的(of)氮含量的(of)測定，對反應器的(of)短程硝化效果進行評價，進而評價短程硝化反硝化的(of)運行效果。 在(exist)反應器穩定運行期間，一(one)段曝氣結束後攪拌開始前的(of)亞硝酸鹽氮的(of)積累率以(by)及當時(hour)體系中溶解氧的(of)濃度。

  亞硝酸鹽氮積累率基本上(superior)在(exist)50%以(by)上(superior)。當DO小于(At)1.2 mg/L時(hour)，體系中亞硝酸鹽氮積累率爲(for)67%~88%；當溶液中的(of)DO在(exist)1.2~2.5 mg/L之間時(hour)，亞硝酸鹽氮積累率下降，在(exist)39%~63%（第18周期除外）。

  亞硝酸鹽氮占硝酸鹽氮和(and)亞硝酸鹽氮之和(and)的(of)比例爲(for)亞硝酸鹽氮積累率，當亞硝酸鹽氮積累率達到(arrive)50%以(by)上(superior)時(hour)認爲(for)實現短程硝化。pH、DO、溫度都對短程硝化的(of)實現産生(born)影響，而DO對短程硝化的(of)控制起到(arrive)決定性作(do)用(use)。研究表明，氨氧化菌氧飽和(and)常數一(one)般爲(for)0.2~0.4 mg/L，亞硝酸鹽氧化菌爲(for)1.2~1.5 mg/L，在(exist)低DO的(of)條件下，容易形成亞硝酸鹽氮的(of)積累，而在(exist)DO較高的(of)情況下，通過其他(he)條件實現短程硝化則需要(want)相當長的(of)時(hour)間。

  因此本實驗主要(want)通過對DO的(of)控制來(Come)快速實現短程硝化。結果表明，當DO低于(At)1.2 mg/L時(hour)能夠穩定實現短程硝化，一(one)旦DO大(big)于(At)1.2 mg/L，除第18周期外，亞硝酸鹽氮積累率會降低，短程硝化不(No)能穩定實現。而第18個(indivual)周期中的(of)高DO，是(yes)由于(At)體系中剩餘氨氮較少（5.70 mg/L），系統的(of)需氧量減小而導緻。

2.3活性污泥中的(of)微生(born)物群落結構

  利用(use)16S rDNA基因高通量測序分析了(Got it)反應體系中活性污泥的(of)微生(born)物菌落結構。可知在(exist)屬水平上(superior)，豐度大(big)于(At)2%的(of)優勢微生(born)物分别爲(for)：Hyphomicrobium菌屬（34.72%）、Truepera菌屬（5.44%）、Ottowia菌屬（4.24%）、Nitrosomonas菌屬（4.03%）、Advenella菌屬（3.23%）、Thiobacillus菌屬（3.20%）、Ignavibacterium菌屬（2.11%）。

  在(exist)屬水平上(superior)，具有脫氮功能的(of)微生(born)物占比爲(for)45%左右，其中Nitrosomonas菌屬屬于(At)氨氧化菌，參與了(Got it)硝化過程，具有将氨氮氧化爲(for)亞硝酸鹽氮的(of)功能，而與反硝化過程相關的(of)微生(born)物有Hyphomicrobium菌屬、Ottowia菌屬和(and)Ignavibacterium菌屬，該微生(born)物群落結構保證了(Got it)本反應體系的(of)氨氮和(and)總氮去除能力。同時(hour)，具有亞硝酸鹽氧化功能的(of)Nitrospira菌屬，其豐度僅占0.24%，遠遠小于(At)氨氧化菌Nitrosomonas菌屬的(of)豐度，再次證明了(Got it)本反應體系屬于(At)短程硝化反硝化的(of)體系。

3 結論

  （1）利用(use)短程硝化反硝化工藝去除煤化工廢水中的(of)總氮。當間歇曝氣比爲(for)3、停留時(hour)間爲(for)6 h時(hour)，在(exist)氨氮進水質量濃度和(and)負荷分别爲(for)80 mg/L和(and)0.34 kg/（m3·d）的(of)條件下，可以(by)保證出(out)水氨氮低于(At)8 mg/L，在(exist)總氮進水質量濃度和(and)負荷分别爲(for)85 mg/L和(and)0.33 kg/（m3·d）的(of)條件下，出(out)水總氮可以(by)保持在(exist)40 mg/L以(by)下。

  （2）當DO小于(At)1.2 mg/L時(hour)，一(one)段曝氣結束階段的(of)亞硝酸鹽氮積累率在(exist)67%~88%，穩定實現了(Got it)短程硝化。

  （3）通過高通量測序分析發現，在(exist)屬水平上(superior)，具有脫氮功能的(of)微生(born)物占比45%左右，其中具有氨氧化功能的(of)微生(born)物爲(for)Nitrosomonas菌屬，其豐度爲(for)4.03%，具有亞硝酸鹽氧化功能的(of)微生(born)物爲(for)Nitrospira菌屬，其豐度爲(for)0.24%，具有反硝化功能的(of)微生(born)物爲(for)Hyphomicrobium菌屬、Ottowia菌屬、Ignavibacterium菌屬，其豐度分别爲(for)34.72%、4.24%、2.11%。該微生(born)物群落結構與短程硝化反硝化體系相吻合，證明了(Got it)本反應體系屬于(At)短程硝化反硝化的(of)體系。