趙文玉¹，王啟山¹，劉康懷²，吳立波¹，靳虹³，吳國平⁴，趙孟亮⁵
（1 南開大學(xué)，天津 300071；2 桂林工學(xué)院，廣西桂林 541004；3 西安建筑科技大學(xué)設(shè)計(jì)研究院，陜西西安 710068；4 廣東省順德市環(huán)境監(jiān)測(cè)站，廣東順德 528300；5 山東大成農(nóng)藥股份有限公司，山東淄博 255000）

　　摘　要：采用高效好氧生物反應(yīng)器（HCR）對(duì)有機(jī)磷農(nóng)藥廢水進(jìn)行處理試驗(yàn)研究，分別進(jìn)行了濃度沖擊試驗(yàn)和負(fù)荷沖擊試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，HCR對(duì)有機(jī)磷農(nóng)藥廢水有一定的處理效果，本文理論上對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)了分析，并提出了進(jìn)一步試驗(yàn)建議方案。
　　關(guān)鍵詞：有機(jī)磷農(nóng)藥廢水；HCR；共基質(zhì)理論

　　有機(jī)磷農(nóng)藥廢水中COD含量高達(dá)數(shù)萬mg/L，主要為難降解的有機(jī)物。廢水中的有機(jī)磷對(duì)微生物生長具有很強(qiáng)的抑制作用，長期以來，有機(jī)磷農(nóng)藥廢水被認(rèn)為是一種極難處理的高濃度有機(jī)廢水。不少環(huán)境工作者紛紛致力于這方面的研究，現(xiàn)有的處理方法有：傳統(tǒng)推流式活性污泥法、活性炭吸附法、堿解及濕式氧化法等。國內(nèi)最常用的方法是活性污泥法^[1]和堿解法^[2]，也有不少學(xué)者采用超聲波^[3]和光催化氧化^[4]技術(shù)對(duì)有機(jī)磷農(nóng)藥廢水進(jìn)行處理試驗(yàn)研究，這些研究都已經(jīng)取得一定的效果。
　　某農(nóng)藥廠當(dāng)前采用推流式活性污泥法處理其有機(jī)磷農(nóng)藥生產(chǎn)廢水，該方法具有進(jìn)水濃度低、有機(jī)容積負(fù)荷低等缺點(diǎn)，一方面需大量稀釋高濃度有機(jī)磷農(nóng)藥廢水，另一方面需占大量的土地。該廠為擴(kuò)大生產(chǎn)，需改建或擴(kuò)建污水處理設(shè)施，但受占地所限，需尋求一種先進(jìn)的工藝以減少占地，節(jié)省投資。為此，該廠委托桂林工學(xué)院環(huán)境工程技術(shù)研究所進(jìn)行有機(jī)磷農(nóng)藥廢水的處理試驗(yàn)研究。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)水樣
　　本次試驗(yàn)所用廢水由某農(nóng)藥生產(chǎn)企業(yè)提供，系用敵敵畏的生產(chǎn)廢水和氧化樂果生產(chǎn)廢水按一定比例配制而成的混合廢水，水質(zhì)資料見表1。

表1　 敵敵畏合成廢水與氧化樂果合成廢水混合廢水水質(zhì)特征

1.2 試驗(yàn)設(shè)備
　　試驗(yàn)采用HCR^[5]為主反應(yīng)器，系統(tǒng)主要由反應(yīng)器和沉淀池組成（圖1），反應(yīng)器有效容積為15 L，沉淀池有效容積為30 L。我們?cè)鴮⑦@一技術(shù)成功地應(yīng)用于南寧味精廠的廢水治理工程中^[6]，并取得了顯著的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。
1.3 試驗(yàn)方法
　　本試驗(yàn)接種污泥采用某農(nóng)藥生產(chǎn)企業(yè)現(xiàn)有活性污泥系統(tǒng)的剩余污泥，經(jīng)培養(yǎng)馴化而成。先進(jìn)行濃度沖擊試驗(yàn)，即固定進(jìn)水流量，逐步增加進(jìn)水COD，確定HCR能承受的最高進(jìn)水COD和去除率較理想的進(jìn)水COD；再進(jìn)行負(fù)荷沖擊試驗(yàn)，即固定進(jìn)水流量在某COD值，逐步增加進(jìn)水流量，確定HCR的最大容積負(fù)荷和最佳停留時(shí)間。

1.4 分析測(cè)試項(xiàng)目及方法
　　試驗(yàn)運(yùn)轉(zhuǎn)過程的主要分析測(cè)試項(xiàng)目有：SV、MLSS、MLVSS、COD_Cr等，分析方法均采用環(huán)境監(jiān)測(cè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)^[7]。
　　在試驗(yàn)過程中，對(duì)溶解氧濃度、進(jìn)出水pH值、溫度、活性污泥的性狀隨時(shí)進(jìn)行監(jiān)控，以便及時(shí)做出調(diào)整，保證HCR系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 濃度沖擊試驗(yàn)結(jié)果
　　本階段進(jìn)水流量保持在37.44 L/d，進(jìn)水pH保持在9以上，控制HCR內(nèi)溶解氧在3～5 mg/L，逐步增加進(jìn)水COD，每運(yùn)行兩天取一次樣。一般是在污泥被馴化穩(wěn)定運(yùn)行一周后再開始取樣監(jiān)測(cè)。
　?、?進(jìn)水COD濃度與活性污泥的特性

　　試驗(yàn)結(jié)果表明（圖2），在以有機(jī)磷農(nóng)藥廢水為單基質(zhì)、采用HCR處理的情況下，隨著進(jìn)水COD的升高，微生物活性指標(biāo)SV、MLSS、MLVSS、SVI、f（MLVSS/MLSS）有如下變化規(guī)律（表2）：
　　(1)MLSS、MLVSS、SV等微生物活性指標(biāo)的變化規(guī)律相近，均表明在進(jìn)水COD達(dá)到5300 mg/L時(shí)，HCR內(nèi)微生物有一定的活性，一旦超過該值，微生物活性很快失去。
　　(2)HCR中的活性污泥的SVI值在30 mL/g以下，其活性污泥泥粒細(xì)小，無機(jī)物含量高，缺乏活性；其f（MLVSS/MLVSS）在0.4以下，從另一角度表明活性污泥無機(jī)物含量高，因而缺乏活性。

表2　 微生物活性指標(biāo)隨進(jìn)水COD的變化規(guī)律

　?、?進(jìn)水COD濃度與COD去除效果關(guān)系

　　由圖3可看出，隨著進(jìn)水COD濃度的升高，COD去除率的變化情況分為兩段：當(dāng)進(jìn)水COD濃度小于5300 mg/L時(shí)，隨進(jìn)水COD濃度增加，COD去除率增加；當(dāng)進(jìn)水COD大于5300 mg/L，隨進(jìn)水COD濃度增加，COD的去除率逐漸減少，最后去除率趨于零。COD容積負(fù)荷的變化規(guī)律與COD去除率差不多，也是在進(jìn)水COD為5300 mg/L時(shí)最大。
　?、?結(jié)果分析
　　由①和②結(jié)果可知，隨著有機(jī)磷農(nóng)藥廢水COD濃度的升高，活性污泥的特性與COD去除效果顯示出相近的變化規(guī)律。分析其原因，一方面是由于廢水中所含的殘余有機(jī)磷農(nóng)藥對(duì)微生物具有毒性作用，而微生物的耐毒性又具有一個(gè)臨界值^[9]，超過該臨界值，生物就會(huì)受到明顯的抑制；另一方面是由于有機(jī)磷農(nóng)藥廢水的含鹽度很高，在廢水COD為7000 mg/L時(shí)，其中的鹽度就已達(dá)1%，而微生物所能接受的鹽度極限值為10 000 mg/L，故進(jìn)水COD超過7000 mg/L后，微生物的代謝反應(yīng)就會(huì)受到明顯的抑制，而COD的去除率也就會(huì)大幅度下降。
2.2 負(fù)荷沖擊試驗(yàn)結(jié)果
　　本階段試驗(yàn)在系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后，將進(jìn)水COD固定在4200 mg/L左右，同樣要求HCR進(jìn)水pH保持在9以上，控制HCR內(nèi)溶解氧在3 ～ 5 mg/L，逐步增加進(jìn)水流量，相當(dāng)于逐步增加進(jìn)水負(fù)荷和逐步縮短水力停留時(shí)間。
　?、?進(jìn)水流量與活性污泥特性

　　由試驗(yàn)結(jié)果知（圖4），進(jìn)水COD穩(wěn)定在4200 mg/L左右，隨著進(jìn)水流量的增加，微生物活性指標(biāo)SV、MLSS、MLVSS、SVI和f（MLVSS/MLSS）等有如下變化規(guī)律（表4 ～ 6）：
　　(1)MLSS、MLVSS、SV等微生物活性指標(biāo)的變化規(guī)律相近，均表明當(dāng)進(jìn)水流量為78.24 L/d（COD進(jìn)水負(fù)荷為21.9 kgCOD/(m³·d)）時(shí)，在HCR內(nèi)微生物仍具有一定的活性，一旦超過該值時(shí)污泥就基本上失去活性。
　　(2)HCR活性污泥的SVI值維持在25 mL/g以下，其f（MLVSS/MLVSS）維持在0.3以下，均表明其污泥活性較差。

表3　 微生物活性指標(biāo)隨進(jìn)水流量的變化規(guī)律

　?、?進(jìn)水流量與COD去除效果

　　由試驗(yàn)結(jié)果知（圖5），進(jìn)水COD穩(wěn)定在4200 mg/L左右時(shí)，隨著進(jìn)水流量的增加，COD去除率、COD容積負(fù)荷和有機(jī)磷去除率等表征HCR去除效果的指標(biāo)呈現(xiàn)出如下變化規(guī)律：
　　出水COD、COD去除率、COD容積負(fù)荷、有機(jī)磷去除率等表征HCR處理效果的指標(biāo)的變化規(guī)律相近，均表明當(dāng)進(jìn)水流量為78.24 L/d（COD進(jìn)水負(fù)荷為21.9 kgCOD/(m³·d)）時(shí)，HCR具有一定的處理效果，一旦超過該值時(shí)處理效果就變得極差。
　?、?結(jié)果分析
　　由以上試驗(yàn)結(jié)果知，保持進(jìn)水COD大致不變的情況下，進(jìn)水流量為78.24 L/d（COD進(jìn)水負(fù)荷為21.9 kgCOD/(m³·d)）是HCR處理效果和微生物活性發(fā)生突變的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，進(jìn)水流量增加到85.96 L/d時(shí)（COD進(jìn)水負(fù)荷增加到23.9 kgCOD/(m³·d)），微生物的生長受到明顯抑制，HCR處理效果也隨著變差。分析其原因，由于進(jìn)水量太大，導(dǎo)致水力停留時(shí)間太短（進(jìn)水流量為78.24 L/d時(shí)水力停留時(shí)間為4.6 h，進(jìn)水流量為85.96 L/d時(shí)水力停留時(shí)間為4.2 h，圖6），進(jìn)入反應(yīng)器中的有毒物質(zhì)有機(jī)磷農(nóng)藥不能及時(shí)降解，因此在反應(yīng)器中濃度相對(duì)較高，從而達(dá)到抑制微生物生長的濃度，因此微生物生長受到抑制，從而處理效果受到影響。

3 試驗(yàn)結(jié)論及存在問題

3.1 試驗(yàn)結(jié)論
　　通過HCR處理某農(nóng)藥廠有機(jī)磷農(nóng)藥廢水的濃度沖擊試驗(yàn)和負(fù)荷沖擊試驗(yàn)可得出以下結(jié)論：
　?、?進(jìn)水有機(jī)磷農(nóng)藥廢水COD達(dá)到約6000 mg/L時(shí)，HCR仍具有一定的處理效果，比較適合的進(jìn)水COD在5300 mg/L左右，此時(shí)COD去除率在50%左右。
　?、?HCR處理有機(jī)磷農(nóng)藥廢水的最短水力停留時(shí)間約為4.6 h，處理有機(jī)磷農(nóng)藥廢水的最大容積負(fù)荷約為7.4 kgCOD/(m³·d)。
　?、?HCR對(duì)有機(jī)磷農(nóng)藥廢水雖然有一定處理效果，容積負(fù)荷比推流式曝氣池高，但去除率不高。
3.2 存在問題
　?、?由于有機(jī)磷農(nóng)藥廢水對(duì)微生物有毒性作用，建議在進(jìn)一步的試驗(yàn)中考慮一些預(yù)處理技術(shù)將廢水中有機(jī)磷去除大部分。
　?、?文獻(xiàn)^[8]中應(yīng)用共基質(zhì)理論處理難降解有機(jī)物的試驗(yàn)研究，建議在進(jìn)一步的試驗(yàn)中投加白糖作為共基質(zhì)，研究在共基質(zhì)條件HCR對(duì)有機(jī)磷農(nóng)藥的處理效果。

參考文獻(xiàn)

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