優(yōu)勢生物填料處理新煙堿類農(nóng)藥廢水的中試研究

摘 要：針對新煙堿類農(nóng)藥生產(chǎn)廢水高濃度，高鹽度，高毒性以及高危害性的特點(diǎn)，采用生物接觸氧化工藝進(jìn)行中試研究。研究結(jié)果表明：改性聚丙烯纖維填料掛膜啟動(dòng)時(shí)間短，掛膜效果好，有機(jī)污染物去除率更高，被篩選為優(yōu)勢填料。進(jìn)水COD濃度3500mg/L，AN濃度80mg/L，經(jīng)生物填料處理后，去除率可分別達(dá)到94%，90%，出水達(dá)標(biāo)，可穩(wěn)定排放，滿足企業(yè)提標(biāo)改造需求。

關(guān)鍵詞：改性聚丙烯;維尼綸;生物填料;生物接觸氧化

新煙堿類農(nóng)藥是一類高效、低毒、低殘留的植物源殺蟲劑，具有良好的市場前景[1]。然而其生產(chǎn)廢水的處理迄今沒有成熟的工藝可循。新煙堿類生產(chǎn)廢水具有高濃度（COD>10000mg/L）、高鹽度（含鹽量>10%）、高毒性、高危害性的特點(diǎn)，且生產(chǎn)廢水水質(zhì)水量不穩(wěn)定，可生化差，存在大量難生物降解物質(zhì)。因此，采用經(jīng)濟(jì)合理、綜合效果良好的技術(shù)工藝有效地處置高濃度難降解的有機(jī)廢水，是我國農(nóng)藥行業(yè)目前急需解決的問題[2-4]。

某企業(yè)污水站主要處理新煙堿類農(nóng)藥的生產(chǎn)廢水，處理規(guī)模為1500m3/d，處理工藝為鐵碳微電解—水解酸化—綜合調(diào)節(jié)池—好氧活性污泥—二沉池工藝，存在系統(tǒng)抗沖擊負(fù)荷差、出水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)等問題。國內(nèi)外研究表明，高鹽度和高濃度農(nóng)藥廢水的生物毒性大大抑制了微生物的生物活性及代謝能力，常規(guī)的生物處理技術(shù)，主要是活性污泥法很難有效去除新煙堿類農(nóng)藥中的有機(jī)污染物[5-7]。因此本研究針對該污水站現(xiàn)狀，采用初沉—生物接觸氧化—二沉的工藝對該好氧段廢水進(jìn)行中試，選用兩種生物填料，研究不同纖維配比對填料在新煙堿類農(nóng)藥廢水中的掛膜影響，篩選出優(yōu)勢生物填料，為后續(xù)企業(yè)污水站提標(biāo)改造提供技術(shù)依托。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)用水

中試廢水來自該企業(yè)污水站綜合調(diào)節(jié)池，主要是新煙堿類農(nóng)藥的生產(chǎn)廢水，水質(zhì)情況如表1所示。

中試試驗(yàn)采用自行研制的一體化接觸氧化反應(yīng)器，裝置圖如圖1。其工藝為初沉-生物接觸氧化-二次沉淀，裝置包括4格，單格尺寸均為：1.2m*1.2m*2m，有效容積2.88m3。其中接觸氧化包括兩個(gè)隔艙，分別安裝兩種生物填料，填料安裝高度1.4m，布置間隔10cm，每格接觸氧化池各布置填料144根，反應(yīng)器底部布置了微孔曝氣器，對兩個(gè)隔艙分別進(jìn)行同步曝氣，提供生物反應(yīng)所需的溶解氧，以及一定的水利攪拌，溶解氧濃度控制在2-4mg/L，使污染物與填料上的生物膜充分接觸。經(jīng)過處理后進(jìn)入二沉池，二沉池設(shè)置污泥回流泵，以縮短初期污泥接種掛膜時(shí)間，增加污泥濃度。

本次試驗(yàn)使用了兩種生物填料，掛膜材質(zhì)分別是改性聚丙烯纖維和醛化聚乙烯醇纖維（維尼綸），聚丙烯纖維具有較好的纖維韌性，比表面積大，可以起到良好的載體作用，用于吸附微生物，形成生物膜。維尼綸纖維則具有很強(qiáng)的吸濕性（親水性），且表面粗糙，具有耐腐蝕性和耐生物降解等特性。兩種材質(zhì)填料規(guī)格參數(shù)如表2所示。

在接觸氧化池中投加接種污泥，控制水量接近滿池。初期添加葡萄糖等營養(yǎng)劑和原水的混合液，對隔艙內(nèi)進(jìn)行悶曝24h，啟動(dòng)掛膜。遞增污水進(jìn)水量，遞增比例為5-10%，使微生物逐步適應(yīng)新的生活條件，生物膜逐步增厚，掛膜初步完成。悶曝污泥變黃色后，每天往生化池進(jìn)適量混合廢水，輔以投加營養(yǎng)物加快培菌速度，池水營養(yǎng)比參考BOD5：N：P=100：5：1。

1.4.1 優(yōu)勢填料篩選

篩選優(yōu)勢填料分為兩步試驗(yàn)，第一步填料掛膜2周左右，微生物處于穩(wěn)定生長期，對填料表面生物膜進(jìn)行顯微鏡鏡檢分析，觀察微生物生長情況。

第二步每天進(jìn)水量3噸，進(jìn)水時(shí)間2h，初始進(jìn)水COD濃度為200mg/L。填料馴化完全后逐步增加進(jìn)水COD濃度直至1500mg/L左右。每天定時(shí)取接觸氧化池進(jìn)出水樣，測定COD去除率，篩選優(yōu)勢生物填料。

1.4.2 中試試驗(yàn)

2個(gè)隔艙填料更換為優(yōu)勢生物填料，控制進(jìn)水初期的COD 2500mg/L，氨氮60mg/L，總氮300mg/L，進(jìn)水7天后，逐步提高進(jìn)水濃度直至設(shè)計(jì)值，考察工藝運(yùn)行穩(wěn)定性及處理效果。

2 結(jié)果與討論

2.1 兩種填料掛膜分析

掛膜2周后，兩種填料掛膜對比照片如圖2所示，改性聚丙烯填料掛膜后外觀更為飽滿，整根填料生物膜均勻附著;維尼綸填料掛膜厚度較聚丙烯填料稍顯薄弱，掛膜啟動(dòng)時(shí)間稍晚。

圖4是維尼綸的鏡檢圖，圖中可知菌膠團(tuán)呈淺褐色，較聚丙烯顏色稍淺，結(jié)構(gòu)緊密，邊緣清晰，說明菌膠團(tuán)成熟時(shí)間較聚丙烯稍滯后，掛膜時(shí)間稍長。400倍鏡檢圖中可看到纖毛蟲，說明微生物絮泥處在培養(yǎng)中期，菌膠團(tuán)吸附有機(jī)負(fù)荷初見成效。

圖5和圖6是兩種填料在一個(gè)月的試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)，進(jìn)出水的COD對比，可以看出，在掛膜初期維尼綸填料的對污染物的去除率增長速度很快，是因?yàn)榫S尼綸纖維具有較強(qiáng)的親水性，可以迅速吸附活性污泥，加快填料表面的掛膜速度。隨著接種期結(jié)束，進(jìn)水負(fù)荷的不斷提高，改性聚丙烯填料的去除率逐步提高，其原因是聚丙烯具有較大的比表面積，以及較高的纖維強(qiáng)度，當(dāng)生物膜形成后，在水中能夠保持原有的空間結(jié)構(gòu)，使生物膜與廢水中的污染物充分接觸，從而增加溶解氧以及生物膜表面的傳質(zhì)效率。當(dāng)進(jìn)水中的污染物濃度到達(dá)一定負(fù)荷后，兩種填料對COD污染物的去除率都趨于穩(wěn)定，填料掛膜結(jié)束。

2.3 優(yōu)勢填料去除COD效果分析

以優(yōu)勢填料開啟掛膜試驗(yàn)，COD去除效果如圖7所示。提升進(jìn)水負(fù)荷，進(jìn)水COD的平均濃度提高到3500mg/L左右，初期好氧池的COD出水有一定提高，原因是突然提高的負(fù)荷對生物膜產(chǎn)生了一定沖擊，導(dǎo)致去除率下降。但經(jīng)過1-2天的馴化后，生物膜迅速適應(yīng)了新的進(jìn)水負(fù)荷，去除率達(dá)到94%左右。取樣填料上的生物膜進(jìn)行稱重，每米填料上的生物膜干重達(dá)到30g。因此可以判斷，當(dāng)使用生物膜法對化工廢水進(jìn)行處理時(shí)，突然提高的進(jìn)水負(fù)荷對生化工藝的出水沖擊較小。填料上成熟的生物膜可以迅速適應(yīng)新的有機(jī)負(fù)荷，并形成新的生物膜，提高污染物的去除率。

好氧池悶曝結(jié)束后，氨氮進(jìn)水分為兩個(gè)階段，第一階段進(jìn)水氨氮濃度控制在60mg/L，第二階段進(jìn)水氨氮濃度控制在80mg/L。兩個(gè)階段的去除率和進(jìn)出水濃度如圖8所示。

第一階段為低負(fù)荷的氨氮濃度進(jìn)水，由于處于掛膜初期，且硝化細(xì)菌仍處于馴化階段，好氧池對氨氮的去除效果不穩(wěn)定，平均去除率在40%左右。經(jīng)過兩周的生物馴化，氨氮的去除率開始穩(wěn)步提升至60%，此時(shí)開始高負(fù)荷氨氮濃度進(jìn)水。生物填料上的生物膜不斷增厚，氨氮的去除率不斷提升，最終當(dāng)氨氮進(jìn)水濃度穩(wěn)定在80mg/L時(shí)，好氧池對氨氮的去除率可以達(dá)到90%以上，出水氨氮在5mg/L左右。分析原因，可以看到初期掛膜主要以有機(jī)好氧菌為主，硝化細(xì)菌生長緩慢。當(dāng)有機(jī)好氧菌增長穩(wěn)定后，生物膜處于成熟階段，生物膜內(nèi)部開始以硝化細(xì)菌作為優(yōu)勢菌群，從宏觀上體現(xiàn)在氨氮負(fù)荷提升，去除率也在不斷提高。

（1）改性聚丙烯填料比表面積大、纖維強(qiáng)度高，相較于維尼綸填料更適合應(yīng)用于新煙堿類農(nóng)藥廢水的處理，去除有機(jī)污染效果更好。

（2）生物接觸氧化法應(yīng)用于高鹽難降解的有機(jī)廢水處理中具有可觀的處理效果，在有毒性廢水中依舊穩(wěn)定掛膜，具有良好的抗沖擊負(fù)荷能力。

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作者簡介：

朱垚（1988），男，漢族，上海市，本科，工程師，環(huán)境工程。

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