混凝-生物強(qiáng)化聯(lián)合處理環(huán)氧樹脂高鹽廢水
摘要：環(huán)氧樹脂高鹽廢水是目前較難處理的工業(yè)廢水之一。采用混凝聯(lián)合生物強(qiáng)化工藝：通過混凝過程進(jìn)行預(yù)處理后，投加嗜鹽菌進(jìn)行生物強(qiáng)化考察鹽度變化對(duì)系統(tǒng)降解有機(jī)物的影響以及污泥性狀的變化情況。結(jié)果表明，當(dāng)廢水中氯離子濃度達(dá)到馴化目標(biāo)10 g /L 時(shí)，系統(tǒng)對(duì)COD 的去除率仍穩(wěn)定在85%左右；以沒有投加嗜鹽菌的反應(yīng)器為對(duì)照組，在進(jìn)水COD 平均濃度為550 mg /L 左右，氯離子濃度由12 g /L 增至21 g /L 時(shí)，對(duì)照組COD 平均去除率由82%降至60%以下，而投加了嗜鹽菌的反應(yīng)器（ 投加組） 則仍保持在85% 以上；此外，鹽度的變化同時(shí)影響污泥的活性及其沉降性能，隨著鹽度增大，兩組中的污泥活性均有所降低，但投加組的污泥活性相對(duì)較高，其污泥的沉降時(shí)間和污泥體積指數(shù)（ sludge volume index，SVI） 值也較低。采用本工藝處理環(huán)氧樹脂高鹽廢水，使得生物處理過程能夠長期穩(wěn)定運(yùn)行，且能夠保持較高的耐鹽度和COD 去除率。
關(guān)鍵詞：生物強(qiáng)化環(huán)氧樹脂高鹽廢水污泥性能
環(huán)氧樹脂由于具有良好的力學(xué)性能和粘接性能而成為一種重要的復(fù)合材料基體，應(yīng)用極其廣泛［1］。但其生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量高鹽度、高有機(jī)物含量的廢水污染問題，屬于較難處理的工業(yè)廢水之一。近年來，國內(nèi)環(huán)氧樹脂企業(yè)數(shù)量規(guī)模迅速擴(kuò)大，但針對(duì)其廢水處理的方法卻不完善，因此急需開發(fā)出技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的環(huán)氧樹脂廢水處理技術(shù)［1］。國外對(duì)于環(huán)氧樹脂廢水處理一般應(yīng)用以下幾種技術(shù)：化工原料廢水混合處理排放技術(shù)，噴霧干燥處理技術(shù)［2］，多級(jí)蒸餾處理技術(shù)［3］等。然而，以上處理技術(shù)工程投資大、運(yùn)行費(fèi)用高，不適用于我國國情。國內(nèi)環(huán)氧樹脂企業(yè)多采用廢水稀釋后進(jìn)入常規(guī)污水處理廠處理的方法，由于其具有大分子油狀有機(jī)物和堿、鹽類物質(zhì)，增大了處理難度，也增加了企業(yè)運(yùn)行成本，嚴(yán)重阻礙環(huán)氧樹脂生產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展。
綜合國內(nèi)外研究和工程實(shí)例［4-8］，利用生物處理工藝處理高鹽廢水成本較低，主要依靠能夠穩(wěn)定生存在活性污泥中的嗜鹽菌屬進(jìn)行有機(jī)質(zhì)的降解，而污泥的生物活性（ 即嗜鹽菌屬的活性） 是生物處理工藝過程中最重要的運(yùn)行指標(biāo)，但嗜鹽菌作為高鹽廢水生物處理的主要微生物培養(yǎng)條件苛刻，國內(nèi)應(yīng)用也很少，因此該法可作為一個(gè)重要研究方向。
在自然界高鹽環(huán)境如鹽湖、鹽堿地、海水、曬鹽池中，廣泛生存著耐極高鹽度的嗜鹽菌和耐鹽菌。其存在為高鹽廢水的生物處理提供了保證。因而運(yùn)用生物強(qiáng)化技術(shù)加入生物處理工藝進(jìn)行處理能有效提高高鹽廢水的處理效果。生物強(qiáng)化技術(shù)（ bioaugmentation）是指為提高系統(tǒng)去除污染物的能力，向廢水處理系統(tǒng)或者污染地投加特定功能微生物的一種工藝［9］。到20 世紀(jì)90 年代國外已有較多的文獻(xiàn)報(bào)道，而國內(nèi)的研究起步較晚，直到90 年代后期才有相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)國外的研究進(jìn)行總結(jié)［10］。近年來，該技術(shù)在環(huán)境治理及廢水生物處理系統(tǒng)中以較為明顯和迅速穩(wěn)定的處理效果受到越來越多的關(guān)注。其在廢水處理系統(tǒng)中起到高效去除目標(biāo)污染物，加速系統(tǒng)啟動(dòng)和提高系統(tǒng)抗有機(jī)負(fù)荷的能力，增強(qiáng)系統(tǒng)菌群結(jié)構(gòu)和功能的穩(wěn)定性等作用［11-17］。但是目前為止，通過投加嗜鹽菌對(duì)環(huán)氧樹脂高鹽廢水進(jìn)行強(qiáng)化處理的報(bào)道非常有限。
因此，本研究利用從黃山某環(huán)氧樹脂廠取回的污泥中分離篩選出的2 株中度嗜鹽菌［18］，通過物化（ 混凝） -生物強(qiáng)化聯(lián)合處理，研究投加嗜鹽菌后有機(jī)物的去除率、耐鹽性及污泥活性的變化情況等，以期為環(huán)氧樹脂廢水等高鹽有機(jī)廢水處理提供一種具有高效穩(wěn)定處理效果的途徑。
1 材料與方法
1. 1 實(shí)驗(yàn)材料
實(shí)驗(yàn)廢水取自黃山市某化工有限公司的環(huán)氧樹脂有機(jī)廢水，有機(jī)廢水的主要水質(zhì)指標(biāo)：COD 為4 145 mg /L，Cl － 為35 g /L，NH +4 -N 為1. 41 mg /L，TP（ total phosphorus） 為0. 17 mg /L，pH 為12. 21。反應(yīng)器接種污泥取自某化工有限公司的二沉池污泥，投加的嗜鹽菌株為分離篩選的嗜鹽菌株J1和J2［18］。
1. 2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與反應(yīng)器運(yùn)行
實(shí)際的環(huán)氧樹脂廢水中含有較多的懸浮物，在進(jìn)行生化處理前需進(jìn)行混凝處理，以削減COD 負(fù)荷，降低有毒物質(zhì)對(duì)微生物的抑制作用，減輕生化池的運(yùn)行負(fù)擔(dān)。因此，本文提出采用混凝-生物強(qiáng)化聯(lián)合處理環(huán)氧樹脂高鹽廢水。
1. 2. 1 混凝實(shí)驗(yàn)
混凝實(shí)驗(yàn)以去除懸浮顆粒物為目標(biāo)，分別以聚合氯化鋁（ poly aluminium chloride，PAC） 和聚丙烯酰胺作為混凝劑和助凝劑，考察了pH，混凝劑投加量，助凝劑投加量以及水力條件（ 振蕩強(qiáng)度） 4 個(gè)因素，在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，開展如表1 所示L16（ 44 ）的正交實(shí)驗(yàn)，以獲得優(yōu)化的混凝處理工藝條件。
1. 2. 2 活性污泥系統(tǒng)的耐鹽馴化
系統(tǒng)采用間歇式進(jìn)水，每天運(yùn)行2 個(gè)周期，每個(gè)周期12 h，其中曝氣時(shí)間8 h，控制溶解氧DO 在4mg /L 左右，其余時(shí)間為閑置期，所排出的上清液占總體積的50%，檢測(cè)其COD 濃度。
將環(huán)氧樹脂高鹽廢水原水經(jīng)混凝處理后的出水稀釋后加入無機(jī)鹽MS 培養(yǎng)基作為進(jìn)水。進(jìn)水中COD 濃度保持為550 mg /L 左右，Cl － 約為5 g /L。無機(jī)鹽MS 培養(yǎng)基：NH4Cl 0. 5 g /L，K2HPO4 0. 5 g /L，KH2PO4 0. 5 g /L，MgSO4·7H2O 0. 2 g /L，CaCl20. 1 g /L 及微量元素（ mg /L） ［19］ 1 mL （ FeCl3 ·6H2O，CuSO4·5H2O，H3BO3，MnCl·4H2O，Zn-SO4·7H2O，NiSO4） 的混合溶液。
按照5 個(gè)梯度逐步添加等濃度等體積的Cl － 溶液，每個(gè)梯度下馴化時(shí)間為1 周。每個(gè)梯度約添加為1 g /L 的Cl －。當(dāng)廢水中氯離子濃度達(dá)到10 g /L，且系統(tǒng)的COD 去除率穩(wěn)定在80% 以上時(shí)，視為污泥耐鹽馴化完成。
1. 2. 3 生物強(qiáng)化處理實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)采用2 個(gè)相同的圓柱形反應(yīng)器，以沒有投加嗜鹽菌的1 號(hào)反應(yīng)器作為對(duì)照組，在2 號(hào)反應(yīng)器中投加嗜鹽菌（ Ts = 0. 29 g /L，接種量為10%體積的復(fù)合嗜鹽菌株菌懸液） ，簡稱投加組。2 個(gè)反應(yīng)器的有效工作體積均為2 L，接種污泥取自經(jīng)過耐鹽馴化的活性污泥系統(tǒng)，COD 進(jìn)水濃度為550 mg /L 左右。考察不同鹽度下2 個(gè)反應(yīng)器的運(yùn)行情況，鹽度采用氯離子濃度計(jì)算，分為12、15、18、21 和25 g /L共5 個(gè)濃度梯度，每個(gè)梯度監(jiān)測(cè)時(shí)間為10 d。定期取樣，分析測(cè)定COD、污泥沉降比（ SV） 、混合液懸浮固體顆粒（ mixed liquor suspended solids，MLSS） 、混合液揮發(fā)性懸浮固體（ mixed liquor volatile suspendedsolids，MLVSS） 以及污泥容積指數(shù)（ SVI） 。
1. 3 理化分析方法
懸浮物（ suspended solid， SS ） 、污泥指數(shù)：MLSS、MLVSS、SV、SVI 的測(cè)定采用國家水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)分析方法［19］；氯離子濃度測(cè)定方法采用硝酸銀滴定法（ GB 11896-89） ；COD 測(cè)定在酸性條件下，以MnSO4代替Ag2SO4作催化劑結(jié)合重鉻酸鉀氧化法快速測(cè)定［20］。
2 結(jié)果與討論
2. 1 物化處理混凝正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
混凝處理是大多數(shù)難降解高濃度有機(jī)工業(yè)廢水處理中關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一，通過混凝可以去除掉廢水中絕大部分的懸浮物和大部分有機(jī)物，降低后續(xù)生化處理系統(tǒng)的負(fù)荷［21］。本文選擇PAC 作為混凝劑，PAC 對(duì)水溫、pH、堿度、有機(jī)物含量等變化適應(yīng)性較好。而水的pH 直接影響水中有機(jī)物及水解產(chǎn)物的存在形態(tài)；炷^程中的水力條件對(duì)絮體的形成影響極大，混合階段，快速攪拌有利于混凝劑迅速分散、水解、聚合及顆粒脫穩(wěn)。反應(yīng)階段則使脫穩(wěn)顆粒碰撞、絮凝形成良好沉降性能的絮凝體。
各因素對(duì)濁度和COD 的去除效果的影響如表1 所示。以濁度的去除率為優(yōu)化指標(biāo)，則優(yōu)化后的工藝條件為：混凝劑的投加量為100 mg /L，pH 為9，轉(zhuǎn)速140 r /min 和助凝劑投加量4 mg /L。
2. 2 活性污泥系統(tǒng)的耐鹽馴化
2. 2. 1 COD 去除率影響
如圖1 所示，在提高氯離子濃度進(jìn)行馴化時(shí)，系統(tǒng)中微生物出現(xiàn)了不適反應(yīng)，表現(xiàn)為出水COD 值明顯升高。這主要是由于鹽度的突然增加污泥中非嗜鹽性細(xì)菌減少，造成系統(tǒng)穩(wěn)定性變差，系統(tǒng)的抗沖擊能力變?nèi)酰?2］。隨后COD 去除率又逐漸上升，說明系統(tǒng)中存在的微生物對(duì)水質(zhì)的適應(yīng)性隨著馴化時(shí)間的延長而逐漸增強(qiáng)。當(dāng)廢水中氯離子濃度達(dá)到馴化目標(biāo)10 g /L 時(shí)，系統(tǒng)對(duì)COD 的去除率仍穩(wěn)定在85%左右，出水COD 在90 mg /L 以下，并能保持穩(wěn)定。選取10 g /L 是基于Ingram［23］對(duì)桿菌的研究結(jié)果而定的，他提出當(dāng)NaCl 超過10 g /L 時(shí)微生物呼吸速率降低，有機(jī)物去除率開始下降。因此，投加的鹽度達(dá)到10 g /L，且污泥中微生物已經(jīng)適應(yīng)了這種高鹽廢水水質(zhì)，視為系統(tǒng)耐鹽馴化完成。
2. 2. 2 污泥活性指標(biāo)的變化
由圖2 可知，隨著馴化時(shí)間的增加，污泥濃度MLSS 和MLVSS 略有增加，在第7 天和第21 天時(shí)出現(xiàn)下降的原因是污泥濃度偏高，采取了排泥措施。馴化期間，反應(yīng)器中污泥的MLSS 和MLVSS 濃度分別保持在4. 8 ～ 6. 4 和2. 8 ～ 3. 7 mg /L 范圍內(nèi)。MLVSS /MLSS 的比值在馴化的前30 天基本穩(wěn)定在0. 6 左后，隨后逐漸下降至0. 5 左右，這表明污泥中無機(jī)物含量在增加。相應(yīng)地，污泥容積指數(shù)SVI 值隨著鹽度增加逐漸減小，也說明污泥中無機(jī)物含量變多，污泥變得細(xì)小密實(shí)。當(dāng)溶液中氯離子濃度大于10 g /L 時(shí)，SVI 值已經(jīng)下降到40 以下。
2. 3 生化強(qiáng)化處理對(duì)系統(tǒng)的影響
2. 3. 1 COD 去除率影響
由圖3 可知，隨著氯離子濃度提高，2個(gè)反應(yīng)器對(duì)環(huán)氧樹脂廢水中有機(jī)物的去除率都有所下降。進(jìn)水Cl － 濃度由12 g /L 升至21 g /L 過程中，對(duì)照組中COD 平均去除率由82% 降至60% 以下，而投加組中COD 去除率略有下降，但基本保持在85%。
當(dāng)進(jìn)水Cl － 濃度達(dá)到25 g /L，對(duì)照組COD 平均去除率降至43. 2%，此時(shí)出水變渾濁，呈乳白色，且反應(yīng)器停止運(yùn)行期間有污泥上浮，而此時(shí)投加組中出水也開始變渾濁，COD 去除率在71. 3% ～ 77. 8%之間變化，但COD 平均值為131 mg /L。在穩(wěn)定恢復(fù)了20 d（ 第81 ～ 100 天） 后，其出水COD 仍為130mg /L 左右。說明即使在投加組中，當(dāng)廢水中Cl － 濃度達(dá)到25 g /L 時(shí)，系統(tǒng)中的微生物雖然能保持較好的代謝活力和降解性能，但已超出其最佳生長鹽度范圍，無法保證系統(tǒng)出水COD 低于100 mg /L。
2. 3. 2 污泥活性指標(biāo)的變化
如圖4 所示，2 個(gè)反應(yīng)器中的污泥的MLSS 和MLVSS 都隨時(shí)間的增加而大，但對(duì)照組在第65 天，即Cl － 濃度達(dá)到18 g /L 后，污泥的MLSS 和MLVSS有所下降，而投加組污泥的MLSS 和MLVSS 保持增加。對(duì)照組MLVSS /MLSS 值由開始的0. 52 降至0. 43；而投加組則從0. 52 降至0. 49，說明鹽分在污泥中產(chǎn)生積累，污泥中的無機(jī)成分增加，污泥活性降低，且投加嗜鹽菌的污泥系統(tǒng)中微生物活性要好于對(duì)照組。
2 個(gè)反應(yīng)器的SVI 和SV 值隨著鹽度增加逐漸減小，說明污泥中無機(jī)物含量變多，污泥變得細(xì)小密實(shí)。2 組污泥的SV 值均比剛接種時(shí)的污泥體積指數(shù)36. 8 要小，這說明，鹽度影響污泥的沉降性，這與反應(yīng)器中微生物組成有關(guān)，經(jīng)過耐鹽馴化，反應(yīng)器中微生物以耐鹽菌群為主，污泥結(jié)構(gòu)改變致使污泥沉降性能改變。在高鹽環(huán)境中，污泥顆粒小，絮凝體呈封閉狀，形成的絮體結(jié)構(gòu)比較密實(shí)，從而有利于污泥的沉淀。但鹽度繼續(xù)提高，會(huì)破壞微生物的正常新陳代謝和降低系統(tǒng)的處理能力，減少污泥與廢水間的密度差，使污泥沉降性能惡化［24-26］。
3 結(jié)論
（ 1） 在污泥性狀研究中發(fā)現(xiàn)鹽度的變化影響污泥的活性及其沉降性能。未排泥的情況下，隨著鹽度的提高，對(duì)照組MLVSS /MLSS 值由開始的0. 522降至0. 428；投加組則從0. 522 降至0. 489，說明鹽分在污泥中產(chǎn)生積累，污泥中的無機(jī)成分增加，污泥活性逐漸降低。高鹽度影響污泥的沉降性能，有利于污泥的沉淀，使SVI 值變小。
（ 2） 通過采用混凝生物強(qiáng)化工藝發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過混凝過程能夠有效地去除廢水中的懸浮物及部分有機(jī)物，提高了廢水的可生化性；通過投加篩選的嗜鹽菌來進(jìn)行生物強(qiáng)化處理，可以有效改善出水水質(zhì)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和耐鹽度；钚晕勰嘞到y(tǒng)經(jīng)過40 d左右的耐鹽馴化后，當(dāng)進(jìn)水COD 濃度為550 mg /L時(shí)，在廢水Cl － 濃度不超過21 g /L 時(shí)，即NaCl 濃度35 g /L 左右，通過聯(lián)合工藝能保證系統(tǒng)出水COD 低于100 mg /L，COD 去除率穩(wěn)定在85%以上，為環(huán)氧樹脂高鹽廢水的處理及工藝選擇提供重要的參考和指導(dǎo)。
本文轉(zhuǎn)自“乾來環(huán)保”
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”
