移動床生物膜反應(yīng)器預(yù)處理含酚廢水

羅倩儀，謝文玉，鐘 理

（1．華南理工大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院，廣東 廣州 510640；2.廣東石油化工學(xué)院 環(huán)境工程系，廣東 茂名 525000）

汽提凈化水是石化廠對煉油廢水進行汽提凈化除氨、除硫后的出水，其中，主要的污染物為揮發(fā)酚。若將高揮發(fā)酚含量的汽提凈化水與其他廢水共同進入生化系統(tǒng)進行處理，將影響生化系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。因此，需將汽提凈化水先進行預(yù)處理，以減小其對生化系統(tǒng)的影響。

移動床生物膜反應(yīng)器（MBBR）是一種好氧生物處理工藝［1-2］，兼具活性污泥法和生物接觸氧化法的優(yōu)點。通過向反應(yīng)器中加入一定量的懸浮載體，依靠曝氣和水流提升作用使載體處于流化狀態(tài)， 進而形成懸浮生長的活性污泥和附著生長的生物膜。微生物生長的環(huán)境為氣、液、固三相，整個反應(yīng)器空間被充分利用。MBBR工藝具有生物量高、占地面積小、處理效率高、抗沖擊力強、動力消耗低等優(yōu)點［3-4］。

本工作采用自行設(shè)計的具有內(nèi)循環(huán)功能的MBBR預(yù)處理石化廠汽提凈化水，考察了HRT和DO對廢水中揮發(fā)酚和COD去除效果的影響，以期為高揮發(fā)酚含量廢水的處理提供參考。

1 實驗部分

1.1 材料和儀器

某石化廠汽提凈化水水質(zhì)：ρ（揮發(fā)酚）=110～201 mg/L，COD=644～1 827 mg/L，BOD5/COD=0.15～0.69，pH=7.23～9.51。接種污泥：石化廠污水處理場二沉池中的好氧污泥。MBBR填料：聚乙烯材質(zhì)，圓柱形，外徑25 mm，高10 mm，孔隙率大于90%，密度接近于水的密度。

HCA-100型COD消解器：江蘇姜堰市華晨儀器有限公司；TrakTMⅡ型BOD5測定儀：HACH公司；PHS-3B型精密pH計：上海精密科學(xué)儀器有限公司；便攜式溶解氧儀：HACH公司。

1.2 實驗裝置

自行開發(fā)的實驗裝置由兩級MBBR和一個二沉池組成，實驗裝置的結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 實驗裝置的結(jié)構(gòu)

兩級MBBR結(jié)構(gòu)相同，由鎳鋼制成，兩級MBBR的總?cè)莘e為6 m3，有效容積為5 m3。二沉池總?cè)莘e為1.3 m3，有效容積為1.0 m3。向兩級MBBR中投入4 m3填料（即填料的填充比為0.8）。在兩級MBBR中各設(shè)置兩塊隔板，將反應(yīng)器分為曝氣區(qū)和內(nèi)循環(huán)區(qū)，MBBR內(nèi)分區(qū)的示意圖見圖2。在曝氣區(qū)底部設(shè)置曝氣系統(tǒng)，通過曝氣充氧為微生物的生長和降解提供充足的溶解氧。廢水沿曝氣區(qū)提升，再經(jīng)內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)，形成大水量內(nèi)循環(huán)（反應(yīng)器內(nèi)水的循環(huán)量為進水量的15倍以上），填料隨水內(nèi)循環(huán)運動，整個反應(yīng)器處于曝氣充氧-反應(yīng)降解的過程。

圖2 MBBR內(nèi)分區(qū)的示意圖

1.3 實驗方法

1.3.1 掛膜馴化

采用接種掛膜方式，通過靜態(tài)和動態(tài)馴化方式進行微生物培養(yǎng)。先采用靜態(tài)培養(yǎng)，從石化廠煉油污水處理場二沉池中取250 L好氧污泥，分別加入到一級和二級MBBR中。采用間歇式小水量進水，靜態(tài)培養(yǎng)3 d后，開始以小流量連續(xù)進水，啟動動態(tài)馴化。在動態(tài)馴化期間，可以明顯看出附著在填料上生長的生物膜和懸浮活性污泥都有明顯的增加。當(dāng)觀察到兩級MBBR中的微生物達到一定量時，對二級MBBR出水進行采樣測定，若揮發(fā)酚去除率達80%以上，則表明酚降解菌馴化完成。

1.3.2 HRT的確定

保持一級和二級MBBR的曝氣量為7～9 m3/h，將DO（用兩級MBBR中部廢水DO表征體系的DO）維持在1～3 mg/L。通過調(diào)節(jié)汽提凈化水進水量來調(diào)節(jié)HRT（以兩級MBBR的總HRT計，下同），考察HRT對COD去除率和揮發(fā)酚去除率的影響，以確定適宜的HRT。

1.3.3 DO的確定

在汽提凈化水進水量為0.5 m3/h、HRT為10 h的條件下，調(diào)節(jié)曝氣量，通過觀察生物膜顏色的變化以及進出水氣味的變化，考察DO對污染物去除效果的影響，以確定適宜的DO。

1.3.4 裝置連續(xù)運行實驗

在汽提凈化水進水量為0.5 m3/h、HRT為10 h、DO為1～3 mg/L的條件下，兩級MBBR連續(xù)穩(wěn)定運行26 d， 測定進出水的COD、ρ（揮發(fā)酚）和BOD5，考察裝置連續(xù)運行期間污染物降解效果的穩(wěn)定性。

1.4 分析方法

采用重鉻酸鉀法測定COD［5］；采用溴化容量法測定ρ（揮發(fā)酚）［6］；采用稀釋與接種法測定BOD5［7］；采用玻璃電極法測定廢水pH［8］；采用便攜式溶解氧儀測定廢水DO。

2 結(jié)果與討論

2.1 HRT對揮發(fā)酚去除率和COD去除率的影響

在DO為1～3 mg/L的條件下，HRT對揮發(fā)酚去除率的影響見圖3。由圖3可見：隨HRT的增大，揮發(fā)酚去除率增大；當(dāng)HRT＜10 h時，HRT對揮發(fā)酚去除率的影響較顯著；當(dāng)HRT＞10 h時，隨HRT的增大，揮發(fā)酚去除率增加不明顯。這是因為，當(dāng)HRT較小時，污染物與生物膜接觸時間過短，揮發(fā)酚不能完全降解，揮發(fā)酚去除率較低；當(dāng)HRT滿足微生物降解所需時間后，揮發(fā)酚去除率較高；當(dāng)HRT=50 h時，揮發(fā)酚去除率達95%；但HRT過長會造成反應(yīng)器內(nèi)廢水的污染物濃度很低，微生物處于饑餓狀態(tài)，生長所需的營養(yǎng)物不足，生物活性下降，會出現(xiàn)大量微生物老化、死亡的現(xiàn)象。因此，適宜的HRT為10 h。

圖3 HRT對揮發(fā)酚去除率的影響

在汽提凈化水進量為0.5 m3/h、DO為 1～3 mg/L、HRT為10 h的條件下，HRT對COD去除率的影響見圖4。由圖4可見，隨HRT的增大，COD去除率增大，但COD去除率明顯低于揮發(fā)酚去除率。因為汽提凈化水中除了含有揮發(fā)酚以外，還含有硫酸鹽、磷酸鹽和氨等，COD的降低主要因為揮發(fā)酚的降解。

2.2 DO對污染物去除效果的影響

酚降解菌屬于好氧菌，DO對其生命活動有重要的影響作用［9］。在實驗過程中可以觀察到，當(dāng)廢水DO為1～3 mg/L時，生物膜呈現(xiàn)棕褐色，處理后廢水的惡臭氣味比原廢水明顯減弱，揮發(fā)酚去除率高；當(dāng)廢水DO小于1 mg/L時，生物膜呈現(xiàn)黑色，出水揮發(fā)酚濃度高，說明廢水中的溶解氧不足以滿足微生物生命活動的需要，微生物處于缺氧狀態(tài)，生物活性下降；當(dāng)廢水 DO大于3 mg/L時，生物膜仍然呈現(xiàn)棕褐色，但會出現(xiàn)生物膜氧化脫落的現(xiàn)象，反應(yīng)器中微生物的量減少，同時DO過大會造成浪費并增加運行費用。因此，適宜的DO為1～3 mg/L。

圖4 HRT對COD去除率的影響

2.3 裝置連續(xù)運行效果

在HRT為10 h、DO為1～3 mg/L的條件下，裝置連續(xù)運行，兩級MBBR處理前后廢水中揮發(fā)酚含量、COD及BOD5/COD見圖5～7。由圖5可見，進水中ρ（揮發(fā)酚）為110～201 mg/L，平均ρ（揮發(fā)酚）為146 mg/L，兩級MBBR處理后出水中ρ（揮發(fā)酚）為2.8～43.9 mg/L，平均ρ（揮發(fā)酚）為17.6 mg/L，揮發(fā)酚去除率達87.9%。由圖6可見，進水COD為644～1 827 mg/L，平均COD為1 107 mg/L，兩級MBBR處理后出水中COD為196～1 488 mg/L，平均COD為745 mg/L，COD去除率僅為32.7%。由圖7可見，兩級MBBR處理后出水的BOD5/COD高于進水，進水BOD5/COD平均為0.45，出水BOD5/COD平均為0.68，表明經(jīng)過兩級MBBR處理后，廢水的可生化性有所提高，有利于廢水的后續(xù)生化處理。

圖5 兩級MBBR處理前后廢水的ρ（揮發(fā)酚）● 進水；■ 出水

圖6 兩級MBBR處理前后廢水的COD● 進水；■ 出水

圖7 兩級MBBR處理前后廢水的BOD5/COD■ 進水；■ 出水

3 結(jié)論

a）采用兩級MBBR預(yù)處理石化廠高揮發(fā)酚含量的汽提凈化水的適宜工藝條件為：HRT 10 h，DO 1～3 mg/L。

b）在HRT為10 h、DO 為1～3 mg/L的條件下，裝置連續(xù)運行處理ρ（揮發(fā)酚）為110～201 mg/L、COD為644～1 827 mg/L、BOD5/COD=0.15～0.69的廢水，兩級MBBR處理后出水平均ρ（揮發(fā)酚）為17.6 mg/L，揮發(fā)酚去除率達87.9%；平均COD為745 mg/L，COD去除率為32.7%；出水BOD5/COD平均為0.68，表明經(jīng)過兩級MBBR處理后，廢水的可生化性有所提高，有利于廢水的后續(xù)生化處理。

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［8］ 北京市環(huán)境保護監(jiān)測中心. GB 6920—86 水質(zhì) pH值的測定 玻璃電極法［S］. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1986.

［9］ 鐘華文，謝文玉，李德豪，等. ABR-BAF組合工藝處理制革綜合廢水［J］. 環(huán)境工程，2011，29（2）：1-4.