兼氧—好氧工艺处理香料废水的实验研究

　兼氧—好氧组合处理工艺是近几年来发展的新工艺。本文应用兼氧—好氧工艺处理香料废水，对其净化功能及运行规律进行了实验研究。

1 试验方法

1.1 废水水质
　　本研究所用的香料废水取自某香料厂，该厂主要以愈创木酚，对亚硝基—N，N—二甲基苯胺和甲醛缩合的方法生产香兰素，由于生产工艺复杂，产生废水浓度高，且含有苯胺、硝基苯等难降解物质。其水质情况见表1。

表1 试验进水水质 pH 色度/×104倍 SS/（mg.L-1) NH3-N/（mg.L-1) CODcr/（mg.L-1) BOD5/（mg.L-1) ＜1 2-3 ＜200 100-150 9000-20000 1800-4500

1.2 试验流程与装置
　　试验流程装置如图1所示。

　　试验中兼氧反应器采用上流式兼氧滤池，内挂盾式纤维填料，填料的比表面积为2472m2/m3，底部设有浆板式搅拌器，缓慢搅拌，在溶解氧小于0.5mg/L的同时保证水质均匀。二级好氧工艺采用氧化沟与生物接触氧化池相结合的工艺，已达到深度处理的目的。最终处理出水部分回流，以降低进水浓度，减轻兼氧反应器的有机负荷。沉淀池中的污泥回流到兼氧反应池中进行水解酸化，可减少剩余污泥量。

2 生物膜的培养与驯化

2.1 兼氧反应器的污泥接种与驯化方法
　　兼氧池中的菌种主要以兼性的水解菌和产酸菌为主，接种污泥取自上海某乳品厂的消化污泥与被单厂的厌氧污泥。两种污泥混合后，向兼氧池中加人50L混合污泥作为菌种，其污泥浓度为38g/L。驯化时采用间歇进水，每24h加入8L1：5稀释的香料废水，同时配置一定浓度的营养盐，以利于微生物的生长。在兼氧池的底部慢速均匀搅拌，使废水和污泥能够充分混合。通过调节转速，保持水中溶解氧的浓度在0－0.5mg/L左右。两个月后，在填料上可看到结构较为密实的生物膜，镜检可看到较为明显的菌胶团附着在填料上。反应器中一部分污泥上浮形成一层高浓度的泥层覆盖，自然隔绝空气，溶解氧含量基本为0mg/L。
2.2 好氧池的污泥接种与驯化方法
　　实验中的菌种取自上海市某污水厂曝气池的回流污泥，接种污泥浓度为18g/L，接种量为40L。在培养驯化期间，进水先采用1：5比例稀释的厌氧出水，并加入一定量的葡萄糖、淀粉和磷酸二氢钾，保证配水中的w（BOD5）：w（N）：w（P）=100：5：1，以满足微生物的生长，使反应器尽快启动。驯化期间每24 h换30L水，逐渐减少葡萄糖和淀粉的投加量，并在配水中逐步提高厌氧出水的比例，直至进水CODcr为1500mg/L左右。
　　运行两周后，填料上可观察到灰黑色的生物膜，镜检发现较为明显的菌胶团，有活跃的原生动物，主要是钟虫、等枝虫等。此后改为动态培养，两周后，污泥呈灰褐色，结构较为密实，镜检可见到少量的后生动物，主要是线虫。

3 试验结果及分析

3.1 兼氧反应器处理效果的研究
3.1.1 水力停留时间对处理效率的影响
　　水力停留时间（HRT）主要取决于废水的性质，其生物降解的难易程度不同，所需的时间也不同[1]。香料废水的水质比较复杂，有机物的各种键断裂所需的时间不同，例如双键的断裂时间就大于甲醇的降解时间。从香料废水进行驯化实验研究的结果来看，废水在该反应器的水力停留时间应大于24h。为了求得合理的停留时间，进行了5种不同停留时间的试验，分别按36h、48h、60 h、72h、和96h运行，每个工况进行10d，得出出水水质与HRT的关系，如图2所示。




　　图2中可以看出当 HRT小于60h时，CODcr去除率随HRT的增加而显著增加，但当HRT大于72h时变化不大，即使大幅增加HRT，CODcr去除率的提高也不明显。如果停留时间小于36h，净化效果较差，这是由于在水解酸化阶段主要是大分子有机物在细菌胞外酶的作用下分解成小分子有机污染物，污染物只是在形式上发生了变化，而在数量上的变化较小。因此系统稳定运行时，兼氧反应器的停留时间控制在48h。
3.1.2 负荷对处理效果的影响
　　有机负荷是反映兼氧反应器效能的一项重要指标，试验中综合水力停留时间和进水浓度的影响，就不同有机负荷对兼氧反应器对CODcr的去除率和出水水质的影响进行了研究。
　　从图3、图4可以发现，随着有机负荷的增加，CODcr去除率也随之增加，当容积负荷为0.75kg［CODcr］/（m3·d）、污泥负荷为0.18kg［CODcr］/（kg［VSS］·d）时，CODcr的去除率可达70％。但当超过一定的限度时，降解效果会大幅下降，说明了兼氧工艺有着较好的抗负荷能力，因为随着有机负荷的升高，水力停留时间的逐渐缩短，导致反应器中上升流速加大，使污泥和有机物能充分混合和接触，改善了水力条件，提高CODcr去除率。但当超过其极限时，将会严重破坏微生物的降解机能，甚至会导致污泥腐化解体[2]。因此，保持较长的水力停留时间和较低的有机负荷有利于提高香料废水的兼氧处理效果。




3.2 厌氧出水水质对好氧处理系统处理效率的影响
　　由于香料废水水质水量变化大，废水通过兼氧反应器后，出水水质也会产生一定的波动。从图5可以看出，氧化沟和生物接触氧化池组成的二级好氧处理系统抗冲击负荷的能力很强，在正常运行时厌氧出水CODcr在 1000－1200mg/L，BOD5在250－350mg/L之间，通过好氧处理后，出水CODcr可在120－180mg/L，BOD5在20－30mg/L之间，去除率为85％－90％，随着进水浓度的逐渐提高，其出水水质基本保持稳定，去除率有所提高。当厌氧出水CODcr的浓度上升为2000mg/L以上时，CODcr的去除率仍可达70％－75％。说明整个好氧处理系统具有很高的操作弹性。




3.3 色度的去除
　　香料废水的原水色度极高，混合液的色度达3×104倍左右，通过实验可以发现，经过兼氧—好氧工艺处理后，色度的去除率达99％以上，特别是废水通过兼氧反应器后，色度的去除率达96％以上。在兼氧或厌氧条件下，色度的去除率远远高于好氧条件下的色度去除率，这可能是由于厌氧代谢中特殊的先还原后氧化的反应，使发色基团的结构发生改变而利于脱色降解[3]，在一般的好氧生物处理中，氧化代谢处于主导地位，而某些发色基团对氧化作用具有较强的抵抗能力，所以在好氧条件下色度去除率要小于厌氧条件下的去除率，厌氧出水中未能脱去的发色基团在后续好氧处理中的氧化沟中厌氧段可进一步去除。
3.4 运行结果
　　试验经两个月的稳定运行后可以发现，香料废水采用兼氧-好氧工艺处理后，降解效果明显，出水大部分指标可达到国家规定的污水二级排放标准（GB8978－1996）。处理效果见表2。

表2 兼氧—好氧工敢处理香料废水试验结果 色度/倍 SS/（mg.L-1) NH3-N（mg.L-1) CODcr/（mg.L-1) BOD5/（mg.L-1) 进水浓度 2×104-3×104 ＜200 100-150 9000-20000 1800-4500 出水浓度 64-128 30 65 120-150 20-30

4 结论

　　①采用兼氧一两级好氧工艺处理后，香料废水中有机物得到了有效的降解，从出水上看，CODcr浓度为150mg/L，BOD5为25 mg/L，色度降解到64倍，去除率分别达到97％，99.2％和99.7％。
　　②在兼氧或厌氧条件下，色度的去除率远远高于好氧条件下的色度去除率，香料废水通过兼氧反应器后，色度的去除率可达96％以上。
　　③兼氧-好氧工艺处理香料废水充分发挥厌氧、兼氧和好氧微生物各自的优势，结合厌氧处理和好氧处理两者的优点，是一种高效率、低能耗、运行管理方便、经济可行的生物处理方法。处理类似香料废水这样的高浓度有机废液，兼氧—好氧工艺具有较为广阔的应用前景。