水解酸化-生物接觸氧化工藝處理中草藥廢水啟動特性研究*

徐 鵬，戰(zhàn) 友，張萬昌，王廣智**

（1.黑龍江科技大學環(huán)境與化工學院，黑龍江哈爾濱150022；2.哈爾濱工業(yè)大學市政環(huán)境工程學院，黑龍江哈爾濱150090）

水解酸化-生物接觸氧化工藝處理中草藥廢水啟動特性研究*

徐 鵬1,2，戰(zhàn) 友1，張萬昌2，王廣智2**

（1.黑龍江科技大學環(huán)境與化工學院，黑龍江哈爾濱150022；2.哈爾濱工業(yè)大學市政環(huán)境工程學院，黑龍江哈爾濱150090）

為了解水解酸化-生物接觸氧化工藝在處理中草藥加工廢水的處理效果，將參數(shù)調(diào)試為在水解酸化池水力停留時間13.5h，溶解氧濃度0.1～0.2mg/L，生物接觸氧化池水力停留時間21.6h，溶解氧濃度2～3mg/L，進行反應器的啟動試驗。最終經(jīng)過20d完成了該工藝反應器的啟動，測定了反應器的COD、總氮、總磷和色度情況。結果表明，在經(jīng)過反應器處理后，COD的去除率為60%以上，總氮去除率為50%以上，總磷去除率為60%以上，色度去除率為60%以上，反應器對廢水各項指標的去除率非常穩(wěn)定。

中草藥廢水；水解酸化；生物接觸氧化；啟動特性

前言

中藥材加工企業(yè)在中藥生產(chǎn)的煎煮、提取等過程中，會產(chǎn)生大量含高濃度藥渣的殘液，使中藥材加工廢水具有懸浮物和有機污染物濃度高、污水成分復雜、水質(zhì)水量波動大等特點[1]。常規(guī)好氧生物法和物化法都很難使中藥材加工廢水達標，而利用厭氧水解和生物接觸氧化復合工藝，不僅克服了厭氧工藝中常常出現(xiàn)的對環(huán)境要求苛刻，產(chǎn)甲烷階段緩慢等缺點，同時也大大減小了處理設施的占地面積[2]，具有明顯技術優(yōu)勢，目前被逐步推廣應用。水解酸化-生物接觸氧化復合工藝是利用水解池中厭氧微生物的作用，將難于生物降解的高分子復雜有機物轉化成小分子的易于生物降解的有機物，從而使加工廢水的可生化性提高[3]；再利用復合生物池填料表面的生物膜，強化降解廢水中的有機物，實現(xiàn)廢水達標處理的目的[4]。但是由于各中藥材加工企業(yè)生產(chǎn)工藝和廢水水質(zhì)差別較大，使得水解酸化-生物接觸氧化工藝在工程設計和運行方面存在一定困難，特別是在水解酸化-生物接觸氧化工藝的快速啟動和運行方面，缺乏有效的技術依據(jù)[5]。本研究利用典型中藥材加工企業(yè)廢水，通過建立一套水解酸化-生物接觸氧化工藝模型，研究了水解酸化-生物接觸氧化工藝的快速啟動特性，從而為該工藝的工程應用提供技術依據(jù)。

1 試驗裝置和方法

1.1 實驗用水

實驗用水來自某制藥廠生產(chǎn)廢水，其各排放點的主要水質(zhì)情況見表1。該藥廠不同工段廢水水質(zhì)有很大差別，其中醇沉工段色度、COD、總氮和總磷都是最高，而調(diào)節(jié)池是各工段廢水水質(zhì)的混合，由于混入水針生產(chǎn)廢水等因素，各項指標都相對較低。

1.2 實驗裝置

表1 各排放點污水水質(zhì)Table 1The wastewater quality in each discharge point

實驗裝置采用的工藝流程如圖1所示。綜合廢水首先經(jīng)過混凝池和沉淀池后進入調(diào)節(jié)池，作為水解酸化-生物接觸氧化工藝進水。

圖1 水解-好氧生物接觸氧化工藝流程圖Fig.1 The process flow diagram of hydrolysis-aerobic biological contact oxidation

試驗裝置由有機玻璃加工而成，調(diào)節(jié)水箱有效容積480L，其中長800mm，寬600mm，高1200mm，保護高度200mm，水力停留時間6h。水解池有效容積：V有效=1100L，保護高度200mm，填料層高度500mm，長1500mm，寬750mm，高1200mm。生物接觸氧化池有效容積：V有效=1800L，保護高度200mm，填料層高度500mm，其中長1500mm，寬1200mm，高1200mm，缺氧區(qū)∶好氧區(qū)=1∶2～6。二沉池長1200mm，寬240mm，高550mm，保護高度200mm。

1.3 工藝運行參數(shù)

在污水處理設施中的生化處理裝置都需要一系列的前期污泥處理，其中包括對污泥進行接種、馴化。其中生化池的污泥的質(zhì)量濃度最優(yōu)是控制在2.5g/L（由于現(xiàn)場試驗的不可控性，可以存在一定的偏差）。將初始污泥的質(zhì)量濃度盡可能調(diào)試在1.5g/L左右，可以有利于其中微生物的生長。每天將質(zhì)量濃度為200～300mg/L的COD量投加到生化池中。投加氮源中主要物質(zhì)為尿素CO（NH2）2，磷源中主要物質(zhì)為普鈣Ca（H2PO4）2。在生化池中COD的質(zhì)量濃度為300mg/L時，按照一般培養(yǎng)規(guī)則中其BOD5值以100mg/L左右計，補充量按m（P）∶m（N）∶m（BOD5）=1∶5∶100折算，質(zhì)量比按照普鈣∶尿素∶淀粉=2∶1∶20～30補給。其實驗裝置工藝運行的參數(shù)如表2所示。

表2 啟動階段工藝運行參數(shù)Table 2The process operating parameters in startup stage

1.4 主要測試方法

試驗水質(zhì)中所監(jiān)測到的所有指標，包括COD、pH值、T-N、T-P、色度等，其測試方法均采用國家標準分析方法。

2 試驗結果與分析

本研究采用人工馴化的厭氧污泥和好氧污泥作為反應器的接種物，接種后利用中草藥生產(chǎn)污水中的營養(yǎng)物進行進一步培養(yǎng)馴化，縮短啟動時間，保證優(yōu)勢菌群。接種污泥采自某污水廠二沉池污泥，檢測啟動期內(nèi)COD和總氮等各項指標的去除率。當各項指標去除率達到一定數(shù)值后幾乎不再變化接近平穩(wěn)，標志著完成了整個啟動階段。

2.1 啟動階段水中COD的去除情況

本工藝啟動階段水中COD去除情況見圖2。從圖2中可以看出，從反應器開始啟動到15d的時間里，反應器進水水質(zhì)的COD在1800mg/L到3700mg/L波動，水質(zhì)變化比較大。出水水質(zhì)的COD維持在560到1500左右，且在后期去除率逐步穩(wěn)定在60%以上。在本次試驗中，中草藥生產(chǎn)廢水經(jīng)過水解池，進一步提高了可生化性，與此同時，水體中的大分子物質(zhì)被水解成為容易被復合生物池中微生物利用的小分子物質(zhì)，為后面能夠進一步降低各污染指標提供了條件[6]。好氧池中有著較高的微生物濃度，而且微生物活性大、代謝能力強，對水中的COD的去除起主要作用。

圖2 啟動階段對水中COD去除變化Fig.2The COD removal rate in the startup stage

2.2 啟動階段水中總氮去除情況

污水中氮的主要存在形式為有機氮和氨氮，其中的凱氏氮和氧化態(tài)氮是總氮的兩大組成部分，污水中脫氮工藝一般由氨化作用、硝化作用、反硝化作用和同化作用這四部分組成[6]。在對污水進行生物處理過程中，異養(yǎng)微生物對水體中有機氮進行氧化分解，即通過氨化作用使之轉化成NH3-H,然后通過硝化作用轉化成NOX-N，最后在反硝化作用下使NOX-N轉化成N2從而逸散到大氣中[7]。本工藝啟動階段水中總氮去除情況見圖3。

圖3 啟動階段對水中總氮去除變化Fig.3The total N removal rate in the startup stage

從圖3中可以看出，從反應器開始啟動到15d的時間里，反應器進水的總氮在25～80mg/L之間波動，出水總氮在20～60mg/L之間，由于中藥材加工廢水水質(zhì)變化較大的特性，使得進水水質(zhì)波動比較大，因而出水總氮也有較大波動性。在反應器啟動開始階段，總氮的去除率較低，隨后逐步穩(wěn)定在50%左右。影響生物脫氮的因素主要由溶解氧、溫度、有機碳、pH值、污泥齡和有毒有害物質(zhì)等[8]。由于在現(xiàn)場反應器溫度受外界影響比較大，而硝化反應最適宜的溫度為5～40℃，反硝化作用的最適宜溫度為20～40℃，所以當水體溫度低于15℃的時候，反硝化作用的效率會大程度的降低，因此，外界溫度對處理效率的波動性也有一定影響[9]。

2.3 啟動階段水中總磷的去除情況

生物除磷主要是依靠聚磷菌釋磷和吸磷的作用，聚磷菌在厭氧條件下表現(xiàn)為磷的釋放，即磷酸鹽從聚磷菌體內(nèi)轉移到水體中，在水體中的溶解氧充足時，聚磷菌活性大大提高，降解有機物，同時產(chǎn)生供給生命體活動所需的ATP，這部分ATP其中有一部分就是用于聚磷菌對水中溶解態(tài)磷酸鹽的吸收，表現(xiàn)為在水體中的磷酸鹽轉移到了生物體中，表現(xiàn)出了生物對水中磷的吸收。本工藝啟動階段水中總磷去除情況見圖4。

圖4 啟動階段對水中總磷去除變化Fig.4The phosphorus removal rate in the startup stage

由圖4中可以看出，從反應器開始啟動到15d的時間里，反應器隨著時間的增長，污水中總磷的去除率逐步提高到60%以上，影響生物除磷的主要因素有溫度、溶解氧、pH值、硝態(tài)氮、有機負荷和有機類物、污泥齡等，出水水質(zhì)中磷的含量波動性較大主要受現(xiàn)場進水水質(zhì)影響，而去除率又受到外界溫度的影響，因此呈現(xiàn)一定的波動性。

2.4 啟動階段水中色度的去除情況

圖5 啟動階段對水中色度去除變化Fig.5The chroma removal rate in the startup stage

本工藝啟動階段水中色度去除情況見圖5。由圖5中可見，從反應器開始啟動到15d的時間里，起始進水至反應器中時的色度在50～150倍之間，整個過程中水質(zhì)波動大，在經(jīng)過反應器處理后色度明顯改善，到后期，去除率穩(wěn)定在60%左右。對色度的去除，主要集中在水解階段，生物接觸氧化池對色度的去除率較低[10]。

3 結論

1）采用接種污泥培養(yǎng)在水解酸化-生物接觸氧化反應器中的方式，15d反應器便可啟動成功。

2）在外界溫度為5～15℃條件下，水解酸化-生物接觸氧化可實現(xiàn)對中藥材加工廢水COD去除率為60%以上，總氮去除率50%以上，總磷去除率60%以上，色度去除率為60%以上。

3）在調(diào)節(jié)池進水水質(zhì)波動比較大的情況下，通過對數(shù)據(jù)的觀察與分析，可以看出反應器對廢水各項指標的去除率一直比較穩(wěn)定，表明水解酸化-生物接觸氧化組合工藝抗沖擊負荷能力強。

［1］王明健.水解酸化-生物接觸氧化法處理中藥制藥廢水［J］.廣東化工,2011,38（7）:237～238.

［2］李武.水解—好氧生物處理工藝:在制藥廢水處理上的應用［J］.環(huán)境工程,1997,15（4）:7～8.

［3］金建華,柴曉煜.水解酸化—接觸氧化工藝處理印染廢水技術探討［J］.中國水運:理論版,2006,11:024.

［4］李建政,任南琪,劉艷玲,等.中藥廢水高效生物處理技術的研究［J］.中國給水排水,2000,16（6）:5～8.

［5］牛天新,鄭潔敏,宋亮.生物接觸氧化法的研究與應用進展［J］.杭州農(nóng)業(yè)科技,2008（4）:27～28.

［6］韓治成,陳艷華.生物接觸氧化法處理生活污水［J］.環(huán)境衛(wèi)生工程,2004,12（3）:162～163.

［7］陳俊芬,屈春香,鄭海騰,等.二段生物接觸氧化法處理生活污水啟動掛膜試驗研究［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學,2013,41（13）:5901～5902.

［8］李曉晨,吳成強,楊敏,等.用于生物接觸氧化工藝的填料特性比較研究［J］.環(huán)境污染治理技術與設備,2005,6（1）:44～46.

［9］陳清后.影響生物脫氮除磷的因素［J］.污染防治技術,2007, 20（1）:41～42,80.

［10］王小強.水解酸化—生物接觸氧化工藝處理乳制品廢水的試驗研究［D］.長安大學,2009.

Study on Startup Characteristics of Herbal Wastewater Treatment by Hydrolysis Acidification-Biological Contact Oxidation Processes

XU Peng1,2,ZHAN You1,ZHANG Wan-chang2and WANG Guang-zhi2
（1.College of Environmental and Chemical Engineering，Heilongjiang University of Science and Technology，Harbin，150022,China；2.College of Municipal and Environmental Engineering，Harbin Institute of Technology，Harbin，150090,China）

The effect of hydrolytic acidification-biological contact oxidation process on the treatment of Chinese herbal medicine wastewater is studied.The parameters of HRT and DO is adjusted to be 13.5h and 0.1～0.2mg/L respectively in the acid hydrolysis pond;on the other hand the HRT and DO is adjusted to be 21.6h and 2～3mg/L respectively in the biological contact oxidation pond,then the startup of experiment of reactor is carried out.Finally,the startup of reactor is complete in 20 days.The COD,total N and P and chroma in reactor is determined.The results show that the removal efficiency of COD,total N and P is above 60%,over 50%and more than 60%respectively,and the chroma removal rate is higher than 50% after the treatment.The removal efficiency of wastewater’s indicators in this reactor is very stable.

Chinese herbal wastewater;hydrolysis acidification;biological contact oxidation;startup characteristics

X783.3

A

1001-0017（2016）04-240-04

2016-03-18*基金項目：國家水體污染控制與治理科技重大專項（編號：2012ZX07205-002-01）

徐鵬（1990-）,男,黑龍江大慶人,碩士研究生,主要從事高濃度廢水生化處理技術研究。

**通訊聯(lián)系人：王廣智（1979-）,男,河北人,副教授,博士,主要從事水污染控制技術研究。hitwgz@126.com