胡成宇,何 松,王超然,呂繼良

(湖北理工學(xué)院 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,湖北 黃石435003)

0 引言

醫(yī)療廢水來源復(fù)雜,污染物種類多,含有油酸、懸浮固體和動(dòng)植物油等有害物質(zhì),具有空間污染、急性傳染和潛伏性傳染等潛在危害[1]。當(dāng)前,醫(yī)療廢水的處理技術(shù)比較成熟,微生物方法主要包括活性污泥法、生物接觸氧化法、膜生物反應(yīng)器和曝氣生物濾池[2-4]。其中,活性污泥法的建設(shè)成本低、適應(yīng)性強(qiáng),得到了廣泛應(yīng)用。胡汪婷等[5]利用地埋式一體化A/O工藝處理醫(yī)療廢水,出水能滿足《醫(yī)療機(jī)構(gòu)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18466—2005)和《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)要求。然而,活性污泥法存在著運(yùn)行穩(wěn)定性差和污泥易膨脹等缺點(diǎn)[6]。SBR工藝可控制一個(gè)單獨(dú)的運(yùn)作周期,能很好地解決活性污泥法中污泥膨脹的問題,并提升處理效率,確保穩(wěn)定性。微生物菌劑可有效強(qiáng)化微生物對COD、TP和TN的去除效果,減少曝氣時(shí)間、硝化時(shí)間以及污泥產(chǎn)生量,具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。目前,投加微生物菌劑法作為一種強(qiáng)化處理技術(shù)已被應(yīng)用于處理不同種類的廢水。馬琳等[7]利用復(fù)合微生物菌劑修復(fù)養(yǎng)殖水體,能有效降低水體中的氨氮、COD亞硝酸鹽含量。馬宏瑞等[8]在A/O工藝的O段投加2種硝化菌劑,對制革廢水進(jìn)行分段強(qiáng)化脫氮處理,可在72 h實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放,去除率達(dá)96%,達(dá)標(biāo)時(shí)間較直投菌粉時(shí)縮短了近50 h。

本研究采用SBR工藝分別馴化污泥和菌粉后處理醫(yī)療廢水,通過考察污泥SV30、COD與氨氮等指標(biāo)獲得處理效果好的醫(yī)療廢水處理方法,旨在為微生物菌劑在醫(yī)療廢水處理中的應(yīng)用提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1)醫(yī)療廢水:取自湖北省黃石市某藥業(yè)廢水,放置于陰暗潮濕的環(huán)境中。

2)污泥:取自湖北省黃石市某醫(yī)療廢水處理廠脫水后的干污泥,放置在冰箱冷凍室中。

3)菌粉:來源于湖北合新科技有限公司,可降解醫(yī)療廢水中的有機(jī)污染物。

1.2 方法

1.2.1馴化方法

醫(yī)療廢水的COD值約為33 000 mg/L。用2 L的塑料燒杯模擬SBR反應(yīng)器,對污泥或(和)菌粉進(jìn)行馴化,有效容積為1 L。采用磁力攪拌器模擬曝氣裝置,轉(zhuǎn)速為1 300 rad/min。將醫(yī)療廢水稀釋30倍后,使COD=1 100～1 200 mg/L,用磷酸二氫鉀(KH2PO4)和尿素調(diào)節(jié)C∶N∶P=100∶5∶1,pH=7～8,間歇投入塑料燒杯中進(jìn)行馴化。在室溫下采用2種模式對污泥或(和)菌粉進(jìn)行馴化:①對污泥進(jìn)行馴化,污泥接種量為15 g;②對污泥和菌粉進(jìn)行馴化,菌粉在1%的紅糖水中激活1 d后取用,菌粉與污泥完全混合后投加廢水中,污泥接種量為15 g,菌粉接種量為2 g。馴化過程中,首先用50%有效容積馴化2 d,然后用70%有效容積馴化2 d,最后用100%有效容積馴化2 d,總共馴化6 d。每天進(jìn)行3次曝氣,每次間隔2 h,曝氣3 h,日總曝氣時(shí)長約為9 h,每2 d換1次水。

1.2.2不同的方法處理醫(yī)療廢水

馴化完成后,采用與馴化過程中相同的馴化條件、工藝條件、操作條件和醫(yī)療廢水,利用單獨(dú)投加污泥(接種量為15 g)、單獨(dú)投加菌粉(接種量為2 g)、污泥與菌粉混合后馴化(污泥和菌粉接種量分別為15 g和2 g)和污泥馴化后投加菌粉(污泥和菌粉接種量分別為15 g和2 g)等4種方法處理醫(yī)療廢水15 d,廢水負(fù)荷控制為0.4～0.5 kg COD/(kg MLSS·d)。將進(jìn)水后的有效容積控制為1 L,每2 d監(jiān)測水中的污泥SV30、COD、氨氮等指標(biāo)。

1.2.3分析方法

采用微波消解法測定COD[9];采用納氏試劑分光光度法測定氨氮含量[10];采用目測法測量污泥SV30[11],即泥水混合物在1 L量筒里沉淀30 min后目測得到沉淀污泥的占比。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同處理方法對污泥沉降性能與廢水色度的影響

不同處理方法下污泥SV30隨時(shí)間的變化圖如圖1所示。從圖1可以看出,4種處理方法的污泥SV30隨時(shí)間的變化趨勢較一致。在污泥處理過程中,第1天的SV30與第15天的SV30基本一樣,分別為25.25%和25.24%,SV30平均值為25.25%;在菌粉處理過程中,第15天的SV30較第1天下降6.61%,SV30平均值為30.9%;在污泥與菌粉混合后馴化處理過程中,第15天的SV30較第1天下降3.31%,SV30平均值為31.36%;在污泥馴化后投加菌粉處理過程中,第15天的SV30較第1天下降3.3%,SV30平均值為31.99%。這表明,4種處理方法中的污泥SV30數(shù)據(jù)均處在正常范圍,污泥沉降性能與絮凝情況良好,且在醫(yī)療廢水中投加菌粉后,污泥的沉降性能有所下降。

圖1 不同處理方法下污泥SV30隨時(shí)間的變化圖

2.2 不同處理方法對COD去除率的影響

不同處理方法下的COD去除率如圖2所示。由圖2可知,4種方法處理醫(yī)療廢水時(shí),最大COD去除率分別為24%、51.18%、57.74%和61.65%,分別對應(yīng)出現(xiàn)在第15天、第1天、第2天和第1天,COD去除率平均值分別為15.51%、39.06%、44.09%和48.08%。菌粉、污泥與菌粉混合后馴化和污泥馴化后投加菌粉處理醫(yī)療廢水過程中的最大COD去除率、COD去除率平均值出現(xiàn)時(shí)間均高于和早于污泥處理過程,表明投加菌粉可提高醫(yī)療廢水COD去除率,縮短醫(yī)療廢水處理時(shí)間,從而降低醫(yī)療廢水的處理成本。此外,向污泥中投加菌粉,有利于優(yōu)勢菌群大量繁殖,加速醫(yī)療廢水中有機(jī)污染物降解,提高有機(jī)污染物的降解速率,可進(jìn)一步降低醫(yī)療廢水處理成本。污泥與菌粉混合后馴化和污泥馴化后投加菌粉處理醫(yī)療廢水過程中的最大COD去除率和COD去除率平均值均高于菌粉處理醫(yī)療廢水過程,表明污泥和菌粉協(xié)同降解醫(yī)療廢水中的有機(jī)污染物的效果好于單獨(dú)使用菌粉,也說明污泥和菌粉中的優(yōu)勢菌群互補(bǔ),更有利于降解醫(yī)療廢水中的有機(jī)污染物。在污泥、菌粉、污泥與菌粉混合后馴化和污泥馴化后投加菌粉處理醫(yī)療廢水過程中,污泥與菌粉混合后馴化和污泥馴化后投加菌粉得到的最大COD去除率和COD去除率平均值較高,且最大COD去除率出現(xiàn)時(shí)間較早。

圖2 不同處理方法下的COD去除率

2.3 不同處理方法對氨氮去除率的影響

不同處理方法下的氨氮去除率如圖3所示。由圖3可知,在4種方法處理醫(yī)療廢水的過程中,最大氨氮去除率分別為33.8%、39.22%、32.44%和48.07%,分別對應(yīng)出現(xiàn)在第1天、第1天、第2天和第1天,氨氮去除率平均值分別為22.71%、20.93%、21.24%和3.26%。對比可知,污泥馴化后投加菌粉處理醫(yī)療廢水過程中得到的最大氨氮去除率最高。雖然污泥馴化后投加菌粉處理醫(yī)療廢水過程中得到的最大氨氮去除率最高和最大氨氮去除率出現(xiàn)時(shí)間最早,但是中后期系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性和處理效果差。因?yàn)殡S著處理時(shí)間增加,反硝化作用受到影響(反硝化作用須在DO低于0.5 mg/L條件下進(jìn)行[12]),氨氮含量也增加,氨氮去除率顯著下降。反硝化過程分為同化反硝化和異養(yǎng)反硝化作用,最終產(chǎn)物分別為有機(jī)氮化物和氮?dú)鈁13]。這兩種反硝化過程均有有機(jī)物的參與,有機(jī)氮化物可參與合成微生物細(xì)胞,異養(yǎng)反硝化有機(jī)物接受硝態(tài)氮給出的電子,同時(shí)氨氮也可作為電子受體,接受硝態(tài)氮給出的電子,以達(dá)到去除氨氮的效果[14]。由于反硝化作用受到影響,導(dǎo)致硝態(tài)氮不能給出電子,從而使氨氮不能被氧化,濃度增加,氨氮去除率下降。

圖3 不同處理方法下的氨氮去除率

雖然菌粉處理醫(yī)療廢水過程中得到的最大氨氮去除率高于污泥與菌粉混合后馴化處理醫(yī)療廢水過程,但是污泥與菌粉混合后馴化處理醫(yī)療廢水過程中得到的氨氮去除率平均值與菌粉處理醫(yī)療廢水過程中得到的氨氮去除率平均值相近;污泥和污泥與菌粉混合后馴化處理醫(yī)療廢水過程中得到的最大氨氮去除率和氨氮去除率平均值相近,說明投加菌粉后對氨氮去除率無促進(jìn)作用。綜合4種處理方法的COD和氨氮去除率、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性和廢水處理成本來看,污泥與菌粉混合后馴化處理醫(yī)療廢水為最佳工藝。

3 結(jié)論

1)單獨(dú)投加菌粉、污泥與菌粉混合后馴化和污泥馴化后投加菌粉處理醫(yī)療廢水過程中的污泥SV30平均值分別為30.9%、31.36%和31.99%,均高于污泥處理醫(yī)療廢水過程中的污泥SV30平均值(25.25%)。投加菌粉可以使醫(yī)療廢水的沉降性能下降,降低廢水的處理成本。

2)綜合考慮4種處理方法的COD去除率、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性和廢水處理成本,活性污泥與菌粉混合后馴化處理醫(yī)療廢水為最佳工藝,該方法的最大COD去除率為57.74%,COD去除率平均值為44.09%,最大氨氮去除率為32.44%,氨氮去除率平均值為21.24%。