蜂窩胞壁厭氧生物濾池在A-A-O泥水回流工藝中的作用

張光海

（青島鴻瑞電力工程咨詢有限公司 山東青島 266100）

0 引言

焦化廢水是一種有毒難降解的工業(yè)有機廢水[1]，具有有機物濃度高、組分復雜、組分難降解、無機組分中含鹽量高、氨氮高、色度、揮發(fā)性、泡沫等污染形態(tài)特征。目前，焦化廢水的處理多采用A/A/O工藝。研究顯示，厭氧段對焦化廢水中的大部分難降解有機物，如多環(huán)芳烴、雜環(huán)化合物等具有良好的厭氧生物轉(zhuǎn)化率，在后續(xù)好氧段經(jīng)過生物降解能力的提高后可以有效降解。此外，厭氧段的厭氧微生物還具有一定的脫毒和難降解物質(zhì)利用的特性，本研究采用新型蜂窩狀細胞壁厭氧生物濾池作為厭氧段處理焦化廢水，研究了蜂窩胞壁厭氧生物濾池在A/A/O泥水回流工藝中的作用。

1 材料與方法

1.1 試驗裝置

焦化廢水經(jīng)原水提升泵提升至高位水池后，自動進入細胞壁厭氧生物濾池，出水依次經(jīng)過缺氧池和好氧池。好氧池中的污泥水回流至缺氧池，回流比為3：1，最終出水通過膜。實驗中，蜂窩式細胞壁厭氧生物濾池主要由細胞體、蜂窩式細胞壁纖維濾料、曝氣系統(tǒng)和配水系統(tǒng)組成。池體有效容積為0.4m3，池體密封，池內(nèi)部氣體通過氣泵循環(huán)，池內(nèi)液體通過氣舉作用循環(huán)流動，完全混合。

1.2 原水水質(zhì)

試驗用焦化廢水的水質(zhì)，COD為1529～2985mg/L，NH3-N為78.3～253.2mg/L，TN 為 186～650mg/L，水溫為 7.3℃～25℃，pH 值為 7.5～9.5。

1.3 分析方法

使用重鉻酸鉀法測定COD，使用納氏試劑分光光度法測定NH3-N，使用過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法測定TN，使用pH計測定pH值。

2 結(jié)果與討論

2.1 水解酸化作用

在蜂窩胞壁厭氧生物濾池中，焦化廢水中難生物降解的有機物發(fā)生水解、酸化等反應，水中大分子的雜環(huán)和稠環(huán)芳烴（特別是難生物降解有機物）開環(huán)或開鏈，部分有害物質(zhì)被降解，增加了廢水的可生化性，生成的易生物降解的有機物作為反硝化的碳源和能源。由于厭氧池的氨化作用，出水氨氮濃度增加，在一定的氨氮濃度范圍內(nèi)，COD去除率也會增加，因為氨氮對去除COD的異氧菌幾乎無抑制作用，反而為其提供了繁殖所需的有機底物。隨著氨氮負荷的增大，降解有機物的異氧菌因底物充足、競爭減小而活躍起來，對COD去除率也提高。

實驗中COD進水平均值2290.1mg/L，厭氧出水1556.5mg/L，蜂窩胞壁厭氧生物濾池對COD的去除率在12.3%～55.9%，平均為32.5%，與傳統(tǒng)A-A-O厭氧反應器相比，COD的去除率提高了15%左右。主要是因為蜂窩式細胞壁厭氧生物濾池有兩個優(yōu)點：①采用蜂窩室壁纖維濾料，蜂窩室壁形成的六邊形直管具有很大的高徑比，消除了濾料中的逆流、短流和池內(nèi)死角，提高了反應器的容積效率。②池內(nèi)液體通過氣舉形成循環(huán)流動，使上升流區(qū)處于明顯的完全混合狀態(tài)，下降流區(qū)處于明顯的推流狀態(tài)。良好的循環(huán)流態(tài)使焦化廢水與濾料上的微生物充分接觸，增大了容積負荷，將有機負荷與水力負荷分離。

實驗中厭氧濾池的水力停留時間為38.0h，且池內(nèi)微生物濃度高。如果將填料上的生物膜量以MLSS計，MLSS高達11.73mg/L。根據(jù)研究顯示[2]，大多數(shù)生物轉(zhuǎn)化是微生物濃度和接觸時間的函數(shù)，難降解有機物的特點是生物降解非常緩慢。因此，接觸時間長，微生物濃度高，可將原水中難生物降解的大分子有機物充分水解酸化為易生物降解的有機物，不僅提高了廢水的可生物降解性，同時也為缺氧池的反硝化提供了碳源和能量，還去除了大量的COD。

由此之外，出水氨氮濃度高于進水氨氮濃度，厭氧濾池發(fā)生厭氧氨化反應，平均氨化率為25.2%。這是因為：大分子含氮有機物在厭氧水解還原條件下脫除氨基，從而使厭氧出水的氨氮濃度升高。有研究證實[3]，廢水中部分有機氮可以在厭氧條件下轉(zhuǎn)化為氨氮，使氨氮含量增加，效果良好的氨化反應有利于后續(xù)脫氮處理。伴隨著進水氨氮濃度的增加，降低了氨化率。這是因為厭氧濾池中高濃度的氨氮增加了pH值和游離NH3的比例。游離NH3對微生物有毒害作用，抑制了微生物的活性，進而對氨化效果產(chǎn)生影響。

TN進水平均值477.0mg/L，厭氧出水372.3mg/L，經(jīng)過厭氧濾池后，TN的平均去除率為22.4%。厭氧濾池對TN的去除率不高，TN的去除主要是微生物自身的同化作用。

2.2 抗沖擊負荷和緩沖作用

蜂窩胞壁厭氧生物濾池中的蜂窩胞壁纖維濾料充分發(fā)揮了纖維濾料在生化處理中的優(yōu)點，同時改善了水流流態(tài)，克服了現(xiàn)有纖維濾料存在的缺陷，通過與循環(huán)流的生化反應器結(jié)合，能使有機負荷與水力負荷分離，從而使污水處理全系統(tǒng)具有高容積效率和高負荷的特點，通過提高B/C比，改善出水COD，取得較普通厭氧濾池2～3倍的處理效率。具有氣提升循環(huán)流的厭氧濾池與普通厭氧濾池相比有兩個優(yōu)點：循環(huán)流具有劇烈的縱向混合能力，具有很高的稀釋倍數(shù)，高濃度的進水能夠在池內(nèi)迅速混合稀釋，因此提高了對進水濃度的耐受力；由于反應條件和容積效率的提高，厭氧池出水COD濃度有大幅度的下降，起到了抗沖擊負荷和緩沖作用，降低了出水有機物負荷，有利于后續(xù)處理。

COD進水負荷與去除負荷大致成一直線關(guān)系，當COD進水負荷高達3.0kg/（m3·d）時，去除負荷并未下降，表明蜂窩胞壁厭氧生物濾池可以在高負荷下運行，且在高負荷下更能顯示其經(jīng)濟性。蜂窩胞壁厭氧生物濾池在應付沖擊負荷方面表現(xiàn)出較強的承受力，這與其采用氣提升所形成的良好混合流態(tài)有關(guān)，這種流態(tài)可使進水中高濃度的有機物得到很好的稀釋。

2.3 調(diào)節(jié)pH值和毒性削減作用

蜂窩胞壁厭氧生物濾池內(nèi)的微生物進行酸化作用，使池內(nèi)的污水較焦化廢水原水pH值下降了1個單位，起到了自動調(diào)節(jié)pH值的作用。

原水經(jīng)過厭氧濾池后pH值平均下降了1個單位。這是因為：一方面，廢水中的有機物在厭氧濾池內(nèi)發(fā)生水解酸化形成酸，使pH值下降；另一方面，含氮有機物在厭氧濾池內(nèi)發(fā)生厭氧氨化作用形成氨氮，使pH值略有上升。在水解酸化和氨化作用的共同影響下，廢水的pH值呈現(xiàn)下降趨勢。

蜂窩胞壁厭氧生物濾池對焦化廢水的毒性削減作用表現(xiàn)在兩個方面：水解酸化作用使含氮有機物得到降解和轉(zhuǎn)化，而焦化廢水的毒性與其有機氮的含量有一定關(guān)系，所以經(jīng)過厭氧池后廢水的毒性得到削減；附著生長系統(tǒng)對生物固體的保留能力可使得活性生物體在被沖出反應器之前已經(jīng)得到馴化，這種特性使附著生長系統(tǒng)特別適合有毒的焦化廢水處理。

3 結(jié)論

（1）蜂窩胞壁厭氧生物濾池作為A/A/O泥水回流工藝的厭氧段，起到了明顯的水解酸化作用、抗沖擊負荷和緩沖作用，調(diào)節(jié)pH值和毒性削減作用。

（2）蜂窩胞壁厭氧生物濾池可以直接處理焦化廢水，且厭氧氨化效果好。蜂窩胞壁厭氧生物濾池在A/A/O工藝中厭氧段的作用優(yōu)于傳統(tǒng)形式的厭氧生物濾池。