徐海豹, 趙秋菊
(1.藍德環(huán)保科技集團股份有限公司, 河南 鄭州 450000; 2.藍德環(huán)??萍技瘓F股份有限公司 北京分公司, 北京 100070)
厭氧生物濾池反應器是一種簡易、高效、低耗的廢水處理裝置,有著較為廣泛的應用[1]。生物濾池的填料固定,廢水進入?yún)捬鯙V池后,逐漸被細菌水解、酸化并進一步轉化為乙酸和甲烷,廢水組成沿反應器的高度而變化,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荷能力,對COD的去除率較高[3]。針對腌制廢水高鹽、高有機物、對微生物的毒害作用較強的特點,筆者采用厭氧生物濾池小試系統(tǒng)處理實驗室配制的污水,研究了厭氧生物濾池啟動過程中和啟動后,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計提供參考。
試驗裝置如圖1所示,由有機玻璃制成,裝填生物濾料,為連續(xù)進水連續(xù)出水反應器。
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,對水流阻力小,不易堵塞,布水布氣均勻,表面粗糙,掛膜速度快,反沖洗時微生物膜不易脫落。②天然蜂窩多孔,有利于菌膠團的生長。③機械強度較高,能經(jīng)受不同強度的水力剪切作用,使用壽命較長。④密度適中,反沖洗時易懸浮且不跑料[4]。
圖1 厭氧生物濾池試驗裝置Fig.1 Experimental device of anaerobic biological filter
檢測某食品廠腌制過程中產(chǎn)生的廢水,水質如下: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。
試驗過程中,模擬腌制廢水,系統(tǒng)進水采用人工配水。
2.1.1 對COD的去除效果
由圖2可知,啟動初期厭氧濾池中尚未形成有效的生物膜,對COD的去除效果較差。經(jīng)過一個月左右的培養(yǎng)馴化,濾池內形成了良好的生物膜,對COD的去除率逐漸上升。隨著進水含鹽量的升高,厭氧濾池對鹽度的適應時間逐漸延長。進水含鹽量在1.5%~3%時,適應時間較短,約為10 d,COD去除率在85%左右。進水含鹽量提高到3.5%~5.5%,鹽度對厭氧濾池的沖擊變大,濾池恢復時間延長。進水含鹽量為5.5%時,厭氧生物濾池的適應時間為30 d,COD去除率在83%左右,整個馴化時間約為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 進出水VFA的變化
厭氧生物降解過程分為酸化和甲烷化兩個階段。在甲烷化階段中,甲烷菌只能利用簡單小分子物質例如甲酸、乙酸、甲醇等[6]。因此,單位有機物在單位時間內產(chǎn)生的有機酸的量可反映這種有機物厭氧可生化性的強弱,也可作為厭氧生物學的指標[7]。
整個馴化階段,鹽度從1%逐漸升高到5.5%。如圖3所示,鹽度為1%時,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。進水含鹽量為5.5%時,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。這是由于進水含鹽量在1%時,含鹽量很低,幾乎未對系統(tǒng)運行造成影響,所以出水B/C較高。隨著進水含鹽量的增加,鹽度對厭氧生物濾池的運行產(chǎn)生一定影響,進水含鹽量提高到5.5%,即進水為腌制廢水原水時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
在高鹽度(Cl-濃度為55 000±500 mg/L)條件下,通過對活性污泥的成功馴化,使厭氧生物濾池反應器的處理效果保持穩(wěn)定。在DO為0~0.5 mg/L,水溫為15~20 ℃,進水pH為6~7的條件下,調整厭氧生物濾池的HRT,考察高鹽度條件下系統(tǒng)的運行效能。
2.2.1 對COD的去除效果
進水平均COD在20 000 mg/L左右, HRT為12,24,36和48 h時,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COD的去除效果如圖5所示。
結果表明,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在一定范圍內增大,處理效果越好。當HRT為36 h時,COD去除率達到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 進出水VFA的變化
腌制廢水的進水平均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,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行情況良好。同時,隨著HRT在一定范圍內增大,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,出水平均VFA為30 mmol/L,改變率為60%,系統(tǒng)運行效果最好;HRT超過36 h后,出水VFA較HRT為36 h時變化不大。
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,平均出水B/C從進水的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,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時變化不大。
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,調節(jié)室內溫度,確保反應器內水溫在所需范圍內變化,且其他運行參數(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COD的去除效果
由圖8可知,廢水進水平均COD為20 000 mg/L左右,水溫在6~10 ℃變化時,溫度的升高并未促進反應器對COD的去除效果,去除率在55%以下,主要是因為低水溫抑制了微生物的活性,降低了系統(tǒng)的處理效果。水溫在11~25 ℃變化時,溫度提升對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,去除率達到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。這是因為溫度的升高增強了微生物的活性,提高了系統(tǒng)的處理效果。水溫超過25 ℃時,水溫對COD去除效果的影響不顯著,甚至出現(xiàn)抑制作用。這是因為厭氧生物濾池內的微生物主要是中溫微生物,過高的溫度會抑制其活性,進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,進水平均VFA為10 mmol/L,水溫在6~10 ℃變化時,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。這是因為低水溫環(huán)境下微生物的活性不高,出水VFA不高。水溫在11~25 ℃時,出水VFA隨水溫的升高逐漸增大。水溫在20~25 ℃時,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,水溫對系統(tǒng)幾乎沒有促進作用,甚至在30 ℃后出現(xiàn)一定的抑制作用,導致出水VFA下降。這可能是因為過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,進而影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
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
腌制廢水平均進水B/C為0.38,水溫在6~15 ℃時,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,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,這可能是因為過高的水溫抑制了微生物活性。
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,采用厭氧生物濾池工藝對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HRT為36 h時,厭氧生物濾池對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重,處理效果不理想。溫度在11~25 ℃,厭氧生物濾池對腌制廢水的處理效果開始上升。水溫在20~25 ℃時,厭氧生物濾池運行的效果最好,COD去除率為80%,廢水B/C為0.55,出水VFA為30 mmol/L。