兩種接觸氧化填料處理洗滌劑廢水的比較

黃煒杰，胡曉東，陳嘉祺，石云峰

（1. 廣州大學(xué) 土木工程學(xué)院，廣東 廣州 510006；2. 廣州市金龍峰環(huán)保設(shè)備工程有限公司，廣東 廣州 510000）

兩種接觸氧化填料處理洗滌劑廢水的比較

黃煒杰1，胡曉東1，陳嘉祺1，石云峰2

（1. 廣州大學(xué) 土木工程學(xué)院，廣東 廣州 510006；2. 廣州市金龍峰環(huán)保設(shè)備工程有限公司，廣東 廣州 510000）

以某日化企業(yè)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的洗滌劑廢水為處理對象，以接觸氧化法為核心工藝，比較了懸掛式組合填料和移動床生物膜反應(yīng)器（MBBR）懸浮填料對洗滌劑廢水的處理效果。實驗結(jié)果表明：懸掛式組合填料和MBBR懸浮填料的掛膜啟動時間分別為13，25 d；當懸掛式組合填料反應(yīng)器的DO為4.0 mg/L時，COD和LAS的去除率分別為84.33%和89.06%；當MBBR懸浮填料反應(yīng)器的DO為3.0 mg/L時，COD和LAS的去除率分別為82.54% 和90.31%；當MBBR懸浮填料反應(yīng)器的COD容積負荷為0.5～1.3 kg/（m3·d）時，平均COD去除率為83.91%，繼續(xù)增大COD容積負荷，COD去除率仍能保持在80%以上；MBBR懸浮填料在COD的高效降解及高濃度有機廢水的處理方面優(yōu)于懸掛式組合填料。

生物接觸氧化；懸掛式組合填料；移動床生物膜反應(yīng)器；懸浮填料；洗滌劑廢水

生物接觸氧化法是近年來發(fā)展較為迅速的一種浸沒式生物膜法，是傳統(tǒng)活性污泥法同生物濾池的有機結(jié)合，具有管理簡單、處理效率高及效果穩(wěn)定等優(yōu)點［1］。近年來在生活污水處理和工業(yè)廢水處理等領(lǐng)域都有較廣泛的應(yīng)用［2-6］。生物接觸氧化技術(shù)的關(guān)鍵在于生物填料。作為微生物生長的載體，填料的性能對微生物的生長、繁殖以及生物膜的結(jié)構(gòu)、傳質(zhì)效率等方面都有著重大影響［7-9］。其中，組合填料的應(yīng)用最為廣泛，具有易掛膜、不易堵塞等優(yōu)點。懸浮填料因具有良好的傳氧和傳質(zhì)效率也日益受到重視。洗滌劑廢水具有COD高、起泡性強、毒性大等特點，直接排放對水體危害極大。目前，洗滌劑廢水的處理方法多以生物法為核心，其中又以生物接觸氧化法應(yīng)用較多，處理效果較好［10-12］。

本工作以某日化企業(yè)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的洗滌劑廢水為處理對象，比較了兩種接觸氧化填料的處理效果，并對填料的性能進行了深入分析，以期為洗滌劑廢水處理的工程實踐提供借鑒。

1 實驗部分

1.1 材料和儀器

洗滌劑廢水取自某日化公司廢水處理站的水解酸化池出水，主要污染物為以直鏈烷基苯磺酸鈉（LAS）為主的陰離子表面活性劑，且含有油類、脂肪酸和磷酸鹽等成分。廢水水質(zhì)見表1。

表1 廢水水質(zhì) mg/L

YSI55-59型溶氧儀：金泉儀器（青島）有限公司；PH-100型光學(xué)生物顯微鏡：深圳市西派克光學(xué)儀器有限公司；UV-5500PC型紫外可見分光光度計：上海君曦科學(xué)儀器有限公司。

1.2 生物填料

在接觸氧化池中分別采用兩種具有代表性的生物填料。一種為懸掛式組合填料，規(guī)格為φ150 mm，在中試裝置中以間距300 mm均勻懸掛。另一種為移動床生物膜反應(yīng)器（MBBR）懸浮填料，規(guī)格為φ25 mm，投放比例為40%。兩種生物填料的物理性質(zhì)見表2。

表2 兩種生物填料的物理性質(zhì)

懸掛式組合填料集成了軟性填料和半軟性填料的優(yōu)點，具有布氣均勻、比表面積大、易掛膜等優(yōu)點。組合填料由于具有放射狀彈性絲的立體構(gòu)形，對氣水混合流體起到多層次的連續(xù)碰撞和將大氣泡割成小氣泡的作用，大大加速了氧的轉(zhuǎn)移速率，周邊纖毛可吸附眾多小氣泡，延長接觸時間，提高氧轉(zhuǎn)移量［13］。懸掛式組合填料的照片見圖1。

圖1 懸掛式組合填料的照片

MBBR懸浮填料相對密度接近于水，具有比表面積大，氧轉(zhuǎn)移效率高、傳質(zhì)效率高等優(yōu)點。MBBR懸浮填料具有全立體結(jié)構(gòu)，通過在水中不斷的翻轉(zhuǎn)運動使廢水充分混合，促進氧的轉(zhuǎn)移以及污染物與生物膜的接觸，同時，水流的沖刷也有利于生物膜的更新代謝［14］。MBBR懸浮填料的照片見圖2。

圖2 MBBR懸浮填料的照片

1.3 實驗方法

1.3.1 掛膜啟動實驗

采用排泥法掛膜，接引廠區(qū)廢水處理站好氧池出水至中試裝置內(nèi)，廢水中活性污泥質(zhì)量濃度約為 1 500 mg/L。悶曝30 h后，開始連續(xù)進水，分階段提高反應(yīng)器進水流量，令微生物逐漸適應(yīng)設(shè)計負荷。根據(jù)填料表面掛膜狀況、微生物相檢測結(jié)果和COD去除率等指標判斷填料掛膜程度。

1.3.2 DO影響實驗

掛膜啟動完成后進行DO影響實驗。按照不同的溶解氧梯度，實驗分為3個階段，每個階段連續(xù)運行8 d，取兩種填料反應(yīng)器在每階段的平均COD去除率和平均LAS去除率進行對比。

1.3.3 COD容積負荷實驗

通過調(diào)節(jié)進水流量不斷增加COD容積負荷，考察懸掛式組合填料反應(yīng)器和MBBR懸浮填料反應(yīng)器的最佳COD容積負荷范圍。

1.4 分析方法

分析項目及方法見表3。

表3 分析項目及方法

2 結(jié)果與討論

2.1 掛膜啟動實驗結(jié)果

掛膜啟動階段，兩種填料的COD去除效果見圖3。由圖3可見：達到最高COD容積負荷時，懸掛式組合填料的掛膜時間約為13 d，MBBR懸浮填料約為25 d；當懸掛式組合填料反應(yīng)器的平均COD容積負荷分別從0.27 kg/（m3·d）提高到0.78 kg/ （m3·d）和1.40 kg/（m3·d）時，COD去除率分別下降了25%和16%；當MBBR懸浮填料反應(yīng)器的平均COD容積負荷分別從0.23 kg/（m3·d）提高到0.75 kg/（m3·d）和1.30 kg/（m3·d）時，COD去除率分別下降了13%和7%。由于填料上的生物量不斷豐富，以及原水對原有微生物的自然選擇作用，微生物對該水質(zhì)的適應(yīng)性也進一步增強，所以兩種填料在反應(yīng)器中的抗沖擊能力不斷增強。對比二者的COD去除率減小幅度可知，MBBR懸浮填料比懸掛式組合填料具有更強的抗沖擊能力。

圖3 掛膜啟動階段兩種填料的COD去除效果懸掛式組合填料：COD去除率；COD容積負荷MBBR懸浮填料：COD去除率COD容積負荷

兩種填料的微生物相檢測結(jié)果見表4。由表4可見，懸掛式組合填料上微生物的生長速率明顯高于MBBR懸浮填料。這主要是由于懸掛式組合填料上的纖維束較易附著微生物，為微生物提供了大量生長場所；而MBBR懸浮填料的表面光滑，微生物較難附著，在氣水沖刷作用下容易脫落，初期生物膜的生長阻力較大，生物膜較薄。但MBBR懸浮填料處于懸浮運動狀態(tài)，與廢水接觸充分，可保證生物膜的更新，因此COD去除效果反而較好。

表4 兩種填料的微生物相檢測結(jié)果

2.2 DO對處理效果的影響

接觸氧化工藝的主要運行費用在于人工充氧所產(chǎn)生的動力消耗，因此通過實驗確定最佳DO對于降低工藝處理成本具有重要意義。在COD容積負荷為1.0～1.3 kg/（m3·d）的條件下，DO對處理效果的影響見圖4。由圖4可見：懸掛式組合填料反應(yīng)器的COD和LAS的去除率均隨DO的增加而增大，當DO為4.0 mg/L時，COD和LAS的去除率均達最大值，分別為84.33%和89.06%；MBBR懸浮填料反應(yīng)器的COD去除率隨DO的增加先增大后減小，當DO 為3.0 mg/L時，COD和LAS的去除率分別為82.54% 和90.31%。由此可見，MBBR懸浮填料與原水接觸更為充分，氧轉(zhuǎn)移效率更高，在較低的動力消耗下可以達到和懸掛式組合填料相同的處理效果。

2.3 COD容積負荷對COD去除率的影響

COD容積負荷過低會造成養(yǎng)料不足而抑制生物膜生長，過高則會超過微生物的分解能力，影響降解效果。在懸掛式組合填料反應(yīng)器DO為4.0mg/L、MBBR懸浮填料反應(yīng)器DO為3.0 mg/L的條件下，COD容積負荷對COD去除率的影響見圖5。由圖5可見：當懸掛式組合填料反應(yīng)器的COD容積負荷為0.5～1.3 kg/（m3·d）時，COD去除率較高，平均COD去除率為79.05%，繼續(xù)增大COD容積負荷，COD去除率明顯下降；當MBBR懸浮填料反應(yīng)器的COD容積負荷為0.5～1.3 kg/（m3·d）時，平均COD去除率為83.91%，繼續(xù)增大COD容積負荷，COD去除率仍能保持在80%以上。

圖4 DO對處理效果的影響懸掛式組合填料：COD去除率；LAS去除率MBBR懸浮填料：COD去除率；LAS去除率

圖5 COD容積負荷對COD去除率的影響懸掛式組合填料；MBBR懸浮填料

2.4 小結(jié)

綜上所述，MBBR懸浮填料具有比表面積大、生物膜厚度均勻、傳質(zhì)效率高等優(yōu)點，在較低的DO下可以達到較好的廢水處理效果，能夠承受更高的COD有機負荷，在COD高效降解及高濃度有機廢水的處理方面優(yōu)于懸掛式組合填料。

3 結(jié)論

a）以某日化企業(yè)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的洗滌劑廢水為處理對象，以接觸氧化法為核心工藝，比較了兩種填料的處理效果。

b）懸掛式組合填料和MBBR懸浮填料的掛膜啟動時間分別為13，25 d。MBBR懸浮填料比懸掛式組合填料具有更強的抗沖擊能力。

c）當懸掛式組合填料反應(yīng)器的DO為4.0 mg/L時，COD和LAS的去除率達最大值，分別為84.33% 和89.06%；當MBBR懸浮填料反應(yīng)器的DO為3.0 mg/L時，COD和LAS的去除率分別為82.54%和90.31%。MBBR懸浮填料反應(yīng)器可在較低的DO下達到較好的廢水處理效果。

d）MBBR懸浮填料反應(yīng)器較懸掛式組合填料反應(yīng)器能夠承受更高的COD容積負荷。當MBBR懸浮填料反應(yīng)器的COD容積負荷為0.5～1.3 kg/ （m3·d）時，平均COD去除率為83.91%，繼續(xù)增大COD容積負荷，COD去除率仍能保持在80%以上。

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（編輯 王 馨）

Comparison of Two Carriers for Detergent Wastewater Treatment by Contact Oxidation Process

Huang Weijie1，Hu Xiaodong1，Chen Jiaqi1，Shi Yunfeng2
（1. School of Civil Engineering，Guangzhou University，Guangzhou Guangdong 510006，China；2. Guangzhou Jinlongfeng Environmental Engineering Co. Ltd.，Guangzhou Guangdong 510000，China）

The detergent wastewater of an daily chemical enterprise was treated by biological contact oxidation process. The effects of suspended combined carrier and MBBR suspended carrier on wastewater treatment were compared with each other. The experimental results show that：The biofi lm formation and start-up time of the two carriers are 13 d and 25 d respectively；The removal rate of COD and LAS are 84.33% and 89.06% for the combination carrier reactor with 4.0 mg/L of DO，and 82.54% and 90.31% for the MBBR suspended carrier reactor with 3.0 mg/L of DO，respectively；When COD volume loading of MBBR suspended carrier reactor is 0.5-1.3 kg/（m3·d）， the average COD removal rate is 83.91% and can remains above 80% with the increase of COD volume load；MBBR suspended carrier is superior to combined carrier on COD degradation and high concentration organic wastewater treatment.

biological contact oxidation；suspended combined carrier；moving bed biofilm reactor；suspended carrier；detergent wastewater

X703

A

1006 - 1878（2015）01 - 0094 - 05

2014 - 06 - 17；

2014 - 10 - 10。

黃煒杰（1990—），男，廣東省清遠市人，碩士生，電話 13430397191，電郵 gpsweijie@163.com。