電流對SBBR法處理工業(yè)榨菜廢水的影響研究

劉江國 陳玉成

(1.重慶合川項目評審中心, 重慶 410520; 2.西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院， 重慶 400716)

電流對SBBR法處理工業(yè)榨菜廢水的影響研究

劉江國1陳玉成2

(1.重慶合川項目評審中心, 重慶 410520; 2.西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院， 重慶 400716)

為提高SBBR系統(tǒng)處理工業(yè)榨菜廢水能力，通入一定的電流，首先考察電流對COD的去除效果及SVI的變化情況，隨后考察不同電流強度對COD、TN及TP的去除效果的影響。結(jié)果表明：當HRT:12 h，厭氧/缺氧：2 h，曝氣：8 h，厭氧：1.5 h時，通入一定量的電流能提高SBBR系統(tǒng)對榨菜廢水的處理能力；當電流強度為50 mA時，對COD、TN及TP的去除效果性價比最高，去除率分別為78.96%、69.49%及62.81%，出水濃度達到GB 8978—1996《污水綜合排放標準》表2中的三類標準，為今后工業(yè)榨菜廢水處理提供了參考。

工業(yè)榨菜廢水；電流強度；SBBR

重慶是著名的榨菜之鄉(xiāng)，合川、涪陵、萬州等長江一線分布著數(shù)百家榨菜廠，每年將排出500萬t高有機物、高鹽、N、P的榨菜腌制廢水，而大多數(shù)廢水未經(jīng)處理直接排入長江，給周邊環(huán)境及生態(tài)帶來嚴重污染和破壞。榨菜廢水屬于高鹽廢水中的一種，其處理方法主要有物化、生化、電化組合工藝或采用多種工藝組合。由于榨菜廢水成分復(fù)雜含有多種難降解物質(zhì)，一般處理工藝很難達到治理效果，同時極易造成二次污染。王立[1]指出，物化-生物組合處理工藝對榨菜廢水處理具有較好效果。張永勝[2]指出，ASBBR反應(yīng)器對COD的去除率達90%，同時對其它大分子物資具有較好的降解效果。李陽[3]向SBBR系統(tǒng)中通入一定量的電流處理城市污水，發(fā)現(xiàn)一定量的電流能提高系統(tǒng)的脫氮效率。李家詳?shù)萚4]采用兩級化學(xué)除磷+兩相厭氧+CASS工藝處理榨菜廢水，使排放出水達到綜合排放一級標準。本文以涪陵珍溪鎮(zhèn)吳家榨菜廠排放的榨菜廢水為研究對象，結(jié)合當?shù)貙嶋H情況，嘗試采用電極SBBR系統(tǒng)對榨菜廢水進行處理。

1 材料與方法

1.1 試驗裝置

試驗裝置(圖1)由水箱、提升泵、人工控制系統(tǒng)及SBBR反應(yīng)器組成。其中SBBR系統(tǒng)由4套規(guī)格(300 mm×250 mm×550 mm，有效容積35 L)相同的有機玻璃反應(yīng)器并聯(lián)而成，每個反應(yīng)器內(nèi)置直徑為50 mm的半軟性纖維填料(生物載體)，材質(zhì)為聚乙烯硬脂塑料，密度為每個反應(yīng)器6支，電流由直流穩(wěn)

定電源通過石墨電極板(0.05 m2)提供，間距為15 cm，每個反應(yīng)器底部設(shè)置4個砂芯微孔曝氣頭。

1.配水箱 2.提升泵 3.流量計 4.進水口 5.排水口6.排泥口 7.石墨電極板 8.曝氣頭 9.曝氣泵10.直流電源 11.軟性填料圖1 試驗裝置

1.2 實驗材料

試驗污泥由重慶市北碚區(qū)污水處理廠氧化溝的好氧污泥接種重慶市涪陵區(qū)珍溪鎮(zhèn)吳家榨菜廠污水排放口底泥馴化而成；試驗用水取自重慶市涪陵區(qū)珍溪鎮(zhèn)吳家榨菜廠排放榨菜廢水，水質(zhì)指標見表1。

表1 試驗水質(zhì)指標

1.3 電極對SBBR系統(tǒng)的影響

2組(4套)SBBR系統(tǒng)均用北碚區(qū)污水處理廠氧化溝的好氧污泥及涪陵區(qū)珍溪鎮(zhèn)吳家榨菜廠污泥按1:1比例混合后，用低濃度榨菜廢水對其進行馴化，工藝為進水、厭氧、曝氣、沉淀、出水、閑置的方式進行，經(jīng)過4.5個月后，污泥濃度控制在2 000～3 600 mg/L，DO濃度為5 mg/L，掛膜密度控制在30%，其中1組通入40 mA電流，另外一組不通入電流，再按工況(HRT:12 h，厭氧/缺氧：2 h，曝氣：8 h，厭氧：1.5 h)運行33 d，每天定期監(jiān)測1次工藝的進出水COD濃度及污泥體積指數(shù)(SVI)，對2個系統(tǒng)進行對比，確定最佳工藝。

1.4 最佳電流的確定

確定工藝后，在確定的工況情況下，分別向反應(yīng)器中通入20、50、80、100、120、160、250 mA電流的情況下，考察其對COD、TN及TP的去除效果。

2 結(jié)果與討論

2.1 電流對SBBR系統(tǒng)的影響

2.1.1 對COD的去除效果影響

按1.3中方式將污泥訓(xùn)化約4.5月后，系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，此時污泥呈淺黃色，SV30保持在20%～30%，且COD去除率保持在63%以上，通過鏡檢可以看到很多螨游蟲、纖毛蟲及部分鐘蟲，表明掛膜成功，此時采用馴化成功的污泥，按工況(HRT 12 h，厭氧/缺氧 2 h，曝氣 8 h，厭氧 1.5 h)運行33 d， COD及污泥SVI的變化情況如圖2所示。

圖2 SBBR系統(tǒng)及電極SBBR對COD的去除效果比較

從圖2 可以看出，2套系統(tǒng)剛運行階段均處于穩(wěn)定，COD的去除率隨運行時間的增加而增大，當電極SBBR運行到第6 d時，SBBR系統(tǒng)運行至第11 d時，對COD的去除效果均呈明顯下降的趨勢，這可能是由于系統(tǒng)中污染物對微生物的繁殖產(chǎn)生抑制作用，對處理系統(tǒng)產(chǎn)生一定沖擊，又加上電流強度的影響，部分微生物無法承受帶電流的高鹽環(huán)境導(dǎo)致細胞脫水死亡，所以電極-SBBR較SBBR系統(tǒng)早出現(xiàn)COD的去除率降低的狀況。隨后COD的去除率又呈現(xiàn)緩慢調(diào)整至穩(wěn)定的階段，說明存活的微生物緩慢適應(yīng)了當時的高鹽環(huán)境，在一定的鹽度條件下可以緩慢繁殖，隨后電極-SBBR對COD的去除效果整體比SBBR系統(tǒng)好，這可能是由于通入的電流，使碳COD發(fā)生電解，為氮源降解反硝化過程提供C源，加快了污染物的分解速率。當系統(tǒng)運行到一定階段后，2套系統(tǒng)均呈現(xiàn)出下滑的趨勢，可能是由于污泥未及時更新，隨時間的推移，污泥對水體中的鹽分在菌膠團的作用下形成吸附而導(dǎo)致富集，致使微生物細胞脫水而死亡，導(dǎo)致處理效果變差。

2.1.2 對SVI值的影響

從圖3 可以看出，2套系統(tǒng)的SVI值均處于穩(wěn)定狀態(tài)，當SBBR系統(tǒng)運行至第12 d時，呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢，這可能是由于菌膠團散落或細菌大量死亡，導(dǎo)致污泥絮凝體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，而電極SBBR系統(tǒng)運行至第20 d時出現(xiàn)SVI值緩慢下降，但降幅較SBBR系統(tǒng)小些，系統(tǒng)運行至第33 d時，電極-SBBR系統(tǒng)SVI值依舊較SBBR系統(tǒng)高，結(jié)合圖2結(jié)果，充分表明對高鹽榨菜廢水的處理，電極SBBR系統(tǒng)比SBBR系統(tǒng)耐沖擊負荷強，在通有適當電流的情況下運行的穩(wěn)定性更好。但是隨著時間的延長，SVI值依次呈下降趨勢，通過鏡檢發(fā)現(xiàn)，大而密實的污泥絮體緩慢變得疏松，大量絲狀菌群的范圍密度也在不均勻地縮小，這是由于榨菜廢水中，氯化鈉形成了累計對微生物的生長產(chǎn)生了抑制作用從而影響了污泥沉降性能SVI值[5]，隨鹽度的增加有可能會導(dǎo)致污泥的惡化，將處理系統(tǒng)破壞。

圖3 SBBR系統(tǒng)及電極-SBBR SVI的變化情況

從以上2套系統(tǒng)分別對COD的去除效果、SVI值的變化情況及系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性分析，可以看出電極-SBBR系統(tǒng)處理榨菜廢水比SBBR系統(tǒng)更好，抗沖擊負荷強。

2.2 最佳電流量的確定

2.2.1 電流強度對COD去除率的影響

從圖4可以看出，隨通入電流強度的增大，COD的去除效果呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，當電流強度達到80～120 mA時，COD的去除率較穩(wěn)定，能保持在83%左右，但電流強度繼續(xù)增大，COD的去除率明顯降低，可能是由于電壓過大，超過了微生物生理極限 “被電死”導(dǎo)致系統(tǒng)效果差，因此對COD去除效果最佳電流強度為80 mA。

圖4 電流強度對COD去除率的影響

2.2.2 電流強度對TN去除率的影響

從圖5可以看出，TN的去除效果隨電流的加大呈先升高后降低的趨勢，當電流強度在50～120 mA時，TN的去除率從69.49%升高到73.36%，系統(tǒng)較穩(wěn)定，此階段的脫氮原理可能是由于通入的電流電解出H2，這可以為自養(yǎng)反硝化菌提供電子，實現(xiàn)生物脫氮；同時還能刺激異養(yǎng)反硝化菌的新陳代謝，同時由于電解因素發(fā)生氧化還原分別為生物反硝化提供氮源，反應(yīng)產(chǎn)生CO2溶于水，系統(tǒng)中電離出H2CO3、HCO3、H+、H2等向生物膜內(nèi)擴散，又對系統(tǒng)內(nèi)pH值起到一定的緩沖作用，保持系統(tǒng)微生物的活性[6]。這樣就間接地提高了SBBR系統(tǒng)的脫氮能力[7]。這就是自養(yǎng)反硝化菌在較低的電流密度條件下，能進行反硝化作用，并且保持較高的脫氮率的原因。當電流繼續(xù)增大時，TN的去除效果明顯降低，這是由于電流過大影響微生物的繁殖，因此可以說明電流強度對脫氮效果起著非常重要的作用，從處理效果及能耗的角度考慮，脫N的最佳電流強度是50 mA。

圖5 電流強度對TN去除率的影響

2.2.3 電流強度對TP去除率的影響

由圖6可以看出，當電流強度為50 mA時，系統(tǒng)對TP的去除效果最佳，達到了62.81%，隨后伴隨電流強度的增大而減小，當電流強度增大到250 mA時，系統(tǒng)對TP的去除率下降到了38.74%，這可能是系統(tǒng)里面電流過大，導(dǎo)致生物膜內(nèi)的氫濃度過高，出現(xiàn)“氫抑制“現(xiàn)象[8]，也可能是電流強度已經(jīng)超過了系統(tǒng)里面微生物的生存極限，一部分微生物生長受到抑制，另一部分微生物被電死。

綜上所述，可知電極-SBBR法處理榨菜廢水過程中，在通入一定電流的情況下使水中的鹽電解，同時C在水解情況下產(chǎn)生CO2，H2O在電解作用下產(chǎn)生H2，發(fā)生陰陽離子交換，在反硝化細菌作用下，將系統(tǒng)中NO3-還原為N2，在曝氣過程中通入O2的條件下，既可以為消化過程中提供碳源，使大分子有機物及鹽等難降解的污染物得到很好的降解[9]。又可對系統(tǒng)穩(wěn)定起一定的調(diào)節(jié)作用，污泥絮體更加密實，通過生物膜的吸附及體統(tǒng)中麟的釋放達到有效除磷。綜合考慮電極-SBBR系統(tǒng)運行成本及對COD、TN及TP的去除效果，電流強度保持在50 mA效益最佳。

圖6 電流強度對TP去除率的影響

3 結(jié)論

(1) 通過SBBR系統(tǒng)在通電及未通電的運行情況，表明在通電情況下，SBBR系統(tǒng)對工業(yè)榨菜廢水的污染物處理效果更好，整個系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定。這主要是由于工業(yè)榨菜廢水成分復(fù)雜，污染物濃度高，屬于低碳高氮廢水，在高濃度鹽的抑制下，采用常規(guī)的生化處理會造成碳源不足，微生物難以馴化及系統(tǒng)不穩(wěn)定等問題達不到理想處理效果，采用電極-SBBR系統(tǒng)在微電流的條件下可以促進污染物及C的電解，為脫氮的反硝化提供碳源，提高處理效果。

(2) 通過處理工藝的篩選及單因子反復(fù)試驗得出，當HRT:12 h，厭氧/缺氧：2 h，曝氣：8 h，厭氧：1.5 h時，通入電流(強度為50 mA)時，對COD、TN及TP的去除效果性價比最高，去除率分別為78.96%、69.49%及62.81%。出水濃度達到GB 8978—1996《污水綜合排放標準》表2中的三類標準，為當?shù)丨h(huán)保主管部門提供污染防治依據(jù)及今后工業(yè)榨菜行業(yè)廢水處理提供參考。

(3) 榨菜廢水屬于較難處理的高鹽廢水中的一種，結(jié)合本試驗成果，有待進一步研究電極-SBBR法處理工業(yè)榨菜廢水中污泥顆粒的變化情況，廢水中污染物降解路徑及氯化鈉的轉(zhuǎn)移方式等，希望上述問題得以解決后盡快將相關(guān)成果投入到實際應(yīng)用當中去，以解決當前難題。

[1] 王立.高鹽高氮榨菜廢水處理技術(shù)與進展[J].廣東化工,2013,40(4):101-102.

[2] 張永勝.ASBBR反應(yīng)器處理超高鹽度榨菜腌制廢水的效能[J].中國給水排水,3013,29(1):18-21.

[3] 李陽，劉江國，陳玉成，等.電流對污水SBBR系統(tǒng)脫氮效能的影響[J].三峽環(huán)境與生態(tài)，2010,32(6):5-8.

[4] 李家祥，江蔥，范躍華.榨菜廢水處理特點及工程設(shè)計[J].水處理技術(shù),2013,39(5)：119-122.

[5] 王基成，王建娜，潘成峰，等.馴化耐鹽活性污泥處理高鹽度工業(yè)廢水[J].中國給水排水，2007,23(19):83-86.

[6] 紀明中，修愛慧，嚴蓮荷，等.電極—生物膜法處理城市污水的研究進展[J].化學(xué)與生物工程.2005,10:1-4.

[7] Mellor R B, Ronnenberg J , Campbell W H, et al. Reduction of nitrate and nitrite in water by immobilized enzymes[J]. Nature, 1992, 355: 717-719.

[8] Sakakiibara Y, KrodaM. Electric prompting and control of denitrification[J]. Biotech. B joeng,1993,42:535-537.

[9] Sakakibara Y.Modeling of electrochemically- activated denitrifying biofilms[J]. Wat. Res,1994, 28(5):1077-1086.

The effect of electric current on SBBR treatment of mustard wastewater

Liu Jiangguo1, Chen Yucheng2

(1.Assessment Center of Hechuan District Investment Projects, Chongqing 401520; 2. College of Resources & Environment , Southwest University, Chongqing 400716, China)

in order to improve the treatment ability of industrial mustard wastewater, current was introduced to the SBBR system. At first we maintained the current at a constant intensity to observe the removal rate of COD and changing trends of SVI, and then changed the current intensity to investigate the effect of current with different intensity on the removal rates of COD, TN and TP. The results showed that at the following conditions: HRT: 12 h, time interval of anaerobic/anoxic: 2 h, aeration: 8 h, and anaerobic: 1.5 h, the treatment effect of SBBR system for industrial mustard wastewater could be improved with a certain level of current introduced. And when the current density was set at 50 mA, the best cost-performance could be achieved for COD, TN and TP removal. The removal rates reached up to 78.96%, 69.49% and 62.81% respectively, and the 3 pollutants in the effluent could meet the class 3 standard of Table 2 in Integrated Wastewater Discharge Standard (GB8978-1996). The conclusion of this paper may provide reference for treatment of industrial mustard wastewater in the future.

industrial mustard wastewater; electric current; SBBR

215-04-22； 2015-05-12修回

劉江國，男，1984年生，工程師，研究方向：市政給排水。E-mail:ljg200401@163.com

X 703.3

A