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焦化废水是一类典型高氨氮有毒有害难处理工业废水,氮是其中的主要污染物,处理不当会严重危害环境。与传统生物脱氮工艺相比,以短程硝化和厌氧氨氧化为核心的自养脱氮工艺是废水脱氮最经济快捷的方式之一。但焦化废水中酚类等有毒有害物质会对短程硝化菌(Ammonia Oxidizing Bacteria,AOB)和厌氧氨氧化菌(Anerobic Ammonium Oxidation Bacteria,AnAOB)的活性产生影响,这阻碍了自养脱氮工艺在焦化废水中的应用。为此,本文通过对比分析某焦化厂AOO和分段进水AOAO工艺的除污染效能和菌群结构,并对自养脱氮工艺的影响因素进行研究,在分析传统脱氮工艺缺点和自养脱氮工艺可行性的基础上,提出焦化废水节能降耗生物脱氮新模式,并作经济性分析。本文主要研究内容及结论如下:(1)深入对比研究AOO和分段进水AOAO工艺对焦化废水的处理效果和菌群结构,揭示全混合连续流、厌氧/好氧不间断交替的运行方式是AOAO工艺脱氮效果更优的主要原因。在进水NH4+-N和TN的平均浓度分别为78.0和331.0 mg·L-1时,AOO工艺对TN的去除率仅为7.8%;AOAO工艺出水NH4+-N能够达到排放标准,TN在50 mg·L-1以下。两工艺出水中COD的平均浓度分别为410.3和318.6 mg·L-1,酚、氰及重金属均在排放标准以内。16S高通量测序结果表明,AOO工艺中的优势菌属大多硝化能力更强,而AOAO工艺采用全混合连续流、厌氧/好氧不间断交替的运行方式,使得其优势菌属大多具有较强的反硝化及分解难降解有机物的能力。(2)选取焦化废水特征污染物苯酚开展研究发现,当苯酚浓度低于50 mg·L-1时,自养脱氮序批式生物膜反应器(Sequence Batch Biofilm Reactor for Completely Autotrophic Nitrogen-removal Over Nitrite,CANON-SBBR)可以稳定脱氮,采用自养脱氮工艺处理焦化废水是可行的。短期内高浓度苯酚对AOB和AnAOB抑制作用明显,苯酚短期抑制浓度分别为5、10、20、60、100 mg·L-11时,CANON-SBBR对TN的去除率依次下降9.9%、49.7%、68.7%、76.8%、94.8%。在长期试验中,当苯酚浓度升高至最大值40-50 mg L-1时,系统受到较大冲击,脱氮负荷降至0.138 kgN·m-3·d-1,10d 后可恢复至 0.413 kgN.m-3·d-1。(3)通过分析焦化废水传统脱氮工艺存在的不足和自养脱氮工艺的可行性,本文提出基于无蒸氨预处理和自养脱氮工艺的焦化废水节能降耗生物脱氮新模式。与AOO和分段进水AOAO工艺相比,该模式具有极为可观的经济效益和环保效益。