厭氧生物濾池處理腌制廢水的試驗(yàn)研究

徐海豹， 趙秋菊

(1.藍(lán)德環(huán)?？萍技瘓F(tuán)股份有限公司， 河南 鄭州 450000； 2.藍(lán)德環(huán)?？萍技瘓F(tuán)股份有限公司 北京分公司， 北京 100070)

厭氧生物濾池反應(yīng)器是一種簡易、高效、低耗的廢水處理裝置，有著較為廣泛的應(yīng)用[1]。生物濾池的填料固定，廢水進(jìn)入?yún)捬鯙V池后，逐漸被細(xì)菌水解、酸化并進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為乙酸和甲烷，廢水組成沿反應(yīng)器的高度而變化，微生物的種群分布呈現(xiàn)規(guī)律性[2]。厭氧濾池具有較大的抗沖擊負(fù)荷能力，對(duì)COD的去除率較高[3]。針對(duì)腌制廢水高鹽、高有機(jī)物、對(duì)微生物的毒害作用較強(qiáng)的特點(diǎn)，筆者采用厭氧生物濾池小試系統(tǒng)處理實(shí)驗(yàn)室配制的污水，研究了厭氧生物濾池啟動(dòng)過程中和啟動(dòng)后，不同HRT和溫度下出水COD、揮發(fā)性脂肪酸(VAF)、B/C的變化，以期為厭氧生物濾池處理腌制廢水的研究和設(shè)計(jì)提供參考。

1 試驗(yàn)材料和方法

1.1 運(yùn)行條件

試驗(yàn)裝置如圖1所示，由有機(jī)玻璃制成，裝填生物濾料，為連續(xù)進(jìn)水連續(xù)出水反應(yīng)器。

1.2 濾池濾料

選用火山巖生物濾料作為厭氧生物濾池濾料,其具有如下特性：①無尖粒狀，對(duì)水流阻力小，不易堵塞，布水布?xì)饩鶆?，表面粗糙，掛膜速度快，反沖洗時(shí)微生物膜不易脫落。②天然蜂窩多孔，有利于菌膠團(tuán)的生長。③機(jī)械強(qiáng)度較高，能經(jīng)受不同強(qiáng)度的水力剪切作用，使用壽命較長。④密度適中，反沖洗時(shí)易懸浮且不跑料[4]。

圖1 厭氧生物濾池試驗(yàn)裝置Fig.1 Experimental device of anaerobic biological filter

1.3 試驗(yàn)進(jìn)水

檢測某食品廠腌制過程中產(chǎn)生的廢水，水質(zhì)如下：COD，20 025 mg/L；BOD5，15 900 mg/L；總氮，600 mg/L；氨氮，520 mg/L；SS，100 mg/L；濁度，500 NTU；鹽度，55 000 mg/L。

試驗(yàn)過程中，模擬腌制廢水，系統(tǒng)進(jìn)水采用人工配水。

1.4 檢測指標(biāo)與方法

2 結(jié)果與討論

2.1 厭氧生物濾池的啟動(dòng)

2.1.1 對(duì)COD的去除效果

由圖2可知，啟動(dòng)初期厭氧濾池中尚未形成有效的生物膜，對(duì)COD的去除效果較差。經(jīng)過一個(gè)月左右的培養(yǎng)馴化，濾池內(nèi)形成了良好的生物膜，對(duì)COD的去除率逐漸上升。隨著進(jìn)水含鹽量的升高，厭氧濾池對(duì)鹽度的適應(yīng)時(shí)間逐漸延長。進(jìn)水含鹽量在1.5%～3%時(shí)，適應(yīng)時(shí)間較短，約為10 d，COD去除率在85%左右。進(jìn)水含鹽量提高到3.5%～5.5%，鹽度對(duì)厭氧濾池的沖擊變大，濾池恢復(fù)時(shí)間延長。進(jìn)水含鹽量為5.5%時(shí)，厭氧生物濾池的適應(yīng)時(shí)間為30 d，COD去除率在83%左右，整個(gè)馴化時(shí)間約為165 d。

圖2 階段培養(yǎng)過程中COD的變化Fig.2 Variation of COD in the process of stage cultivation

2.1.2 進(jìn)出水VFA的變化

厭氧生物降解過程分為酸化和甲烷化兩個(gè)階段。在甲烷化階段中，甲烷菌只能利用簡單小分子物質(zhì)例如甲酸、乙酸、甲醇等[6]。因此，單位有機(jī)物在單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的有機(jī)酸的量可反映這種有機(jī)物厭氧可生化性的強(qiáng)弱，也可作為厭氧生物學(xué)的指標(biāo)[7]。

整個(gè)馴化階段，鹽度從1%逐漸升高到5.5%。如圖3所示，鹽度為1%時(shí)，生物濾池受鹽度的影響最小，出水VFA最高，變化率約為75%。隨著進(jìn)水含鹽量的升高，生物濾池所受影響逐漸增大，但整體變化較小。進(jìn)水含鹽量為5.5%時(shí)，厭氧生物濾池的出水VFA在30 mmol/L左右，改變率在60%以上。

圖3 階段培養(yǎng)中VFA的變化Fig.3 Variation of VFA in the process of stage cultivation

2.1.3 廢水可生化性的變化

由圖4可知，厭氧生物濾池培養(yǎng)過程中，廢水B/C維持在0.39左右。進(jìn)水含鹽量由1%升高到5.5%，出水B/C稍有下降，但基本穩(wěn)定在0.5以上。這是由于進(jìn)水含鹽量在1%時(shí)，含鹽量很低，幾乎未對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行造成影響，所以出水B/C較高。隨著進(jìn)水含鹽量的增加，鹽度對(duì)厭氧生物濾池的運(yùn)行產(chǎn)生一定影響，進(jìn)水含鹽量提高到5.5%，即進(jìn)水為腌制廢水原水時(shí)厭氧生物濾池受影響最大。階段培養(yǎng)馴化的厭氧生物濾池雖然在鹽度提升階段受到了影響，但仍能保持良好的運(yùn)行效果。

圖4 階段培養(yǎng)中B/C的變化Fig.4 Variation of B/C in the process of cultivation

2.2 不同HRT下厭氧生物濾池的運(yùn)行效能

在高鹽度(Cl-濃度為55 000±500 mg/L)條件下，通過對(duì)活性污泥的成功馴化，使厭氧生物濾池反應(yīng)器的處理效果保持穩(wěn)定。在DO為0～0.5 mg/L，水溫為15～20 ℃，進(jìn)水pH為6～7的條件下，調(diào)整厭氧生物濾池的HRT，考察高鹽度條件下系統(tǒng)的運(yùn)行效能。

2.2.1 對(duì)COD的去除效果

進(jìn)水平均COD在20 000 mg/L左右， HRT為12，24，36和48 h時(shí)，平均出水COD分別為8 500，6 500，4 010和4 000 mg/L，平均去除率分別為59%，68%，81%和81%，系統(tǒng)對(duì)COD的去除效果如圖5所示。

結(jié)果表明，高氯離子條件下，腌制廢水經(jīng)厭氧生物濾池處理后，COD被大幅度去除，且隨著HRT在一定范圍內(nèi)增大，處理效果越好。當(dāng)HRT為36 h時(shí)，COD去除率達(dá)到81%左右；提高HRT到48 h，去除率雖有所提高，但不明顯，基本穩(wěn)定在81%左右。

2.2.2 進(jìn)出水VFA的變化

腌制廢水的進(jìn)水平均VFA約為10 mmol/L，經(jīng)厭氧生物濾池工藝處理后，出水VFA有所提高。HRT在12，24，36和48 h時(shí)，平均出水VFA分別為10，20，30和31 mmol/L，平均改變率分別為10%，40%，60%和61%，見圖6。

圖5 不同HRT下COD的變化Fig.5 Variation of COD under different HRT

圖6 不同HRT下廢水VFA的變化Fig.6 Variation of wastewater VFA under different HRT

高鹽度條件下，腌制廢水經(jīng)過生物濾池的處理，出水VFA有了很大提高，說明高鹽環(huán)境下厭氧生物濾池運(yùn)行情況良好。同時(shí)，隨著HRT在一定范圍內(nèi)增大，出水VFA越高，VFA改變率越顯著，系統(tǒng)處理效果越好。HRT為36 h時(shí)，出水平均VFA為30 mmol/L，改變率為60%，系統(tǒng)運(yùn)行效果最好；HRT超過36 h后，出水VFA較HRT為36 h時(shí)變化不大。

2.2.3 廢水可生化性的變化

由圖7可知，經(jīng)厭氧生物濾池處理后，廢水的可生化性有所提高。HRT在12，24，36和48 h時(shí)，平均出水B/C從進(jìn)水的0.39左右分別上升為0.4，0.45，0.55和0.56。高氯離子條件下，腌制廢水可生化性的提高，為后續(xù)好氧處理單元提供了良好條件；且一定范圍內(nèi)HRT越大，廢水的可生化性越高，系統(tǒng)的處理效果越好。HRT為36 h時(shí)，廢水可生化性的改善效果最明顯，由0.38提高為0.55；HRT超過36 h后，可生化性較HRT為36 h時(shí)變化不大。

2.3 不同溫度下厭氧生物濾池的運(yùn)行效能

在高氯離子濃度(55 000 mg/L左右)條件下，借助室外自然環(huán)境溫度的變化，調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，確保反應(yīng)器內(nèi)水溫在所需范圍內(nèi)變化，且其他運(yùn)行參數(shù)在最佳工況，其中DO為0.3～0.5 mg/L，pH為 6～7，HRT為24 h，考察不同溫度下系統(tǒng)的運(yùn)行效果。

圖7 不同HRT下廢水B/C的變化Fig.7 Variation of wastewater B/C under different HRT

2.3.1 對(duì)COD的去除效果

由圖8可知，廢水進(jìn)水平均COD為20 000 mg/L左右，水溫在6～10 ℃變化時(shí)，溫度的升高并未促進(jìn)反應(yīng)器對(duì)COD的去除效果，去除率在55%以下，主要是因?yàn)榈退疁匾种屏宋⑸锏幕钚?，降低了系統(tǒng)的處理效果。水溫在11～25 ℃變化時(shí)，溫度提升對(duì)厭氧濾池影響較為明顯，COD去除率隨溫度逐漸提高。水溫升高到20～25 ℃時(shí)，去除率達(dá)到80%以上，出水COD基本穩(wěn)定在3 000 mg/L，生物活性和處理效果均趨于穩(wěn)定。這是因?yàn)闇囟鹊纳咴鰪?qiáng)了微生物的活性，提高了系統(tǒng)的處理效果。水溫超過25 ℃時(shí)，水溫對(duì)COD去除效果的影響不顯著，甚至出現(xiàn)抑制作用。這是因?yàn)閰捬跎餅V池內(nèi)的微生物主要是中溫微生物，過高的溫度會(huì)抑制其活性，進(jìn)而影響厭氧生物濾池的處理效果。

圖8 不同溫度下COD的變化Fig.8 Variation of COD under different temperatures

2.3.2 出水VFA的變化

如圖9所示，進(jìn)水平均VFA為10 mmol/L，水溫在6～10 ℃變化時(shí)，出水VFA雖呈現(xiàn)上升趨勢，但均在20 mmol/L以下，總體改變率在40%以下。這是因?yàn)榈退疁丨h(huán)境下微生物的活性不高，出水VFA不高。水溫在11～25 ℃時(shí)，出水VFA隨水溫的升高逐漸增大。水溫在20～25 ℃時(shí)，出水VFA穩(wěn)定在25 mmol/L以上，改變率在60%以上。溫度超過25 ℃后，水溫對(duì)系統(tǒng)幾乎沒有促進(jìn)作用，甚至在30 ℃后出現(xiàn)一定的抑制作用，導(dǎo)致出水VFA下降。這可能是因?yàn)檫^高的水溫在一定程度上抑制了環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)中中溫微生物的生長繁殖和新陳代謝，進(jìn)而影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

圖9 不同溫度下出水VFA的變化Fig.9 Variation of effluent VFA under different temperatures

2.3.3 廢水可生化性的變化

腌制廢水平均進(jìn)水B/C為0.38，水溫在6～15 ℃時(shí)，B/C基本未受溫度變化影響，出水B/C維持在0.42左右，提高率低于25%，如圖10所示。

圖10 不同溫度下廢水B/C的變化Fig.10 Variation of B/C under different temperatures

由圖10可知，水溫在15～25 ℃，廢水B/C隨著溫度的升高明顯提升。水溫在20～25 ℃時(shí)，平均出水B/C為0.55，提高率在42%左右，很好地改善了廢水的可生化性。溫度超過25 ℃后，隨著溫度的提升，廢水B/C并未顯著提高，甚至有所下降，這可能是因?yàn)檫^高的水溫抑制了微生物活性。

3 結(jié)論

① 采用階段培養(yǎng)法，可馴化出適合處理高鹽腌制廢水的厭氧生物濾池工藝。

② 在腌制廢水進(jìn)水平均COD約為20 000 mg/L，DO為0～0.5 mg/L，水溫15～20 ℃，pH為6～7的條件下，HRT為12，24，36和48 h時(shí)，采用厭氧生物濾池工藝對(duì)COD的去除率分別為59%，68%，81%和81%；出水VFA分別為10，20，30和31 mmol/L；廢水B/C分別為0.4，0.45，0.55和0.56。當(dāng)HRT為36 h時(shí)，厭氧生物濾池對(duì)腌制廢水的處理效果最好。

③ DO為0.3～0.5 mg/L，pH為 6～7，HRT為24 h條件下，溫度低于10 ℃，厭氧生物濾池受溫度影響嚴(yán)重，處理效果不理想。溫度在11～25 ℃，厭氧生物濾池對(duì)腌制廢水的處理效果開始上升。水溫在20～25 ℃時(shí)，厭氧生物濾池運(yùn)行的效果最好，COD去除率為80%，廢水B/C為0.55，出水VFA為30 mmol/L。