李文英

（山西大學(xué)工程學(xué)院環(huán)境工程系，山西 太原 030013）

一般將COD質(zhì)量濃度不高于2 000mg／L的廢水稱為低濃度廢水［1］。以往，低濃度廢水的處理多數(shù)采用好氧生物處理。而近年來，厭氧生物處理作為一種經(jīng)濟(jì)節(jié)能的技術(shù)，用于低濃度廢水處理領(lǐng)域已成為熱點(diǎn)。因此，EGSB反應(yīng)器作為一種高效厭氧反應(yīng)器，也逐步應(yīng)用于低濃度廢水的處理。目前，很多學(xué)者多采用中、高濃度的廢水啟動(dòng)EGSB反應(yīng)器［2－3］，而對(duì)于在低濃度下接種顆粒污泥啟動(dòng)EGSB反應(yīng)器的報(bào)道并不多見，尤其是毒性較大的低濃度焦化廢水。因此，本研究著重介紹EGSB反應(yīng)處理低濃度焦化廢水的啟動(dòng)及處理效果等方面的研究。采用2個(gè)EGSB反應(yīng)器，接種顆粒污泥分別采取厭氧和微氧2種方式進(jìn)行馴化啟動(dòng)，考察了2種啟動(dòng)方式下對(duì)低濃度焦化廢水的處理效果，分析了微氧顆粒污泥的性能特征。

1 試驗(yàn)裝置與方法

1.1 EGSB反應(yīng)器

試驗(yàn)裝置如圖1所示。

圖1 EGSB反應(yīng)器工藝流程圖

EGSB反應(yīng)器總體積為18L，有效容積為12L，反應(yīng)區(qū)內(nèi)徑為100mm，高徑比為17∶1；沉淀區(qū)體積為6L，內(nèi)徑為140mm。

1.2 接種污泥和試驗(yàn)用水

接種污泥為實(shí)驗(yàn)室采用啤酒廢水培養(yǎng)成功的厭氧顆粒污泥，該顆粒污泥形狀規(guī)則，呈黑色，混合液懸浮固體質(zhì)量濃度約為30g／L。

試驗(yàn)用水取自某焦化廠調(diào)節(jié)池，其COD值為548mg／L～2 000mg／L，pH值為7～9。

1.3 分析方法

COD，重鉻酸鉀法［4］；VFA和碳酸氫鹽堿度，滴定法［5］；pH 值，pHS－3C 酸度計(jì)；顆粒污泥粒徑分布，篩分法；MLSS和 MLVSS，重量法；通過掃描電鏡觀察顆粒污泥表面和剖面形態(tài)。

1.4 試驗(yàn)方法

在30℃～35℃條件下，進(jìn)水量維持1.0L／h，微氧反應(yīng)器在回流柱內(nèi)曝氣維持微氧環(huán)境，厭氧反應(yīng)器內(nèi)無曝氣，逐步提高回流比，增加反應(yīng)器內(nèi)上升流速。分析2個(gè)反應(yīng)器進(jìn)出水COD、揮發(fā)酸、堿度及污泥性能等，用以考察反應(yīng)器的啟動(dòng)情況。

2 結(jié)果與討論

2.1 EGSB反應(yīng)器啟動(dòng)過程

該反應(yīng)器在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)采用自配啤酒廢水培養(yǎng)顆粒污泥成功之后，對(duì)COD的去除效率達(dá)到96%，然后直接加入全比例的低濃度焦化廢水進(jìn)行馴化啟動(dòng)試驗(yàn)。該啟動(dòng)試驗(yàn)起始進(jìn)水量為1.0L／h，回流比為15.5，上升流速2.1m／h，微氧反應(yīng)器曝氣量為600mL／min。啟動(dòng)過程EGSB反應(yīng)器對(duì)有機(jī)物的去除效果如圖2所示。

由圖2可知，前30d的進(jìn)水COD維持在1 000mg／L～2 000mg／L。馴化啟動(dòng)初期2個(gè)反應(yīng)器對(duì)COD去除效率均呈下降趨勢(shì)，主要是由于焦化廢水具有較大毒性所致。運(yùn)行6d后，厭氧反應(yīng)器對(duì)COD的去除效率下降到13%，而微氧反應(yīng)器在一開始就表現(xiàn)出相對(duì)良好的去除效果，第6d對(duì)COD的去除效果達(dá)到30%，相對(duì)于厭氧反應(yīng)器提高了57%，其下降趨勢(shì)相對(duì)緩慢。之后，反應(yīng)器去除效率繼續(xù)下降，20d時(shí)由于突然降溫導(dǎo)致2個(gè)反應(yīng)器去除效率均下降至9%?？梢?，此時(shí)反應(yīng)器運(yùn)行很不穩(wěn)定，耐溫度沖擊性較弱。溫度回升，反應(yīng)器逐步恢復(fù)，去除效果提升。20d～31d，焦化廢水水質(zhì)變化，外觀觀察呈黑色并帶有大量油類物質(zhì)，厭氧反應(yīng)器的平均去除效果僅為14%，微氧反應(yīng)器平均達(dá)到22%，最高達(dá)到33%。

34d～126d，進(jìn)水COD維持在679mg／L～1 200mg／L。34d時(shí)進(jìn)新焦化廢水，COD值維持在700mg／L左右，一開始反應(yīng)器出水發(fā)黑，出現(xiàn)負(fù)的去除效果。主要是由于前期變質(zhì)焦化廢水對(duì)反應(yīng)器的沖擊所致。36d時(shí)，微氧反應(yīng)器已經(jīng)開始恢復(fù)，達(dá)到20%的去除效果，而厭氧反應(yīng)器仍然效果很差，可見微量氧的加入可緩解有毒有害物質(zhì)的沖擊，使微生物對(duì)其適應(yīng)性增強(qiáng)。直到126d時(shí)，反應(yīng)器運(yùn)行效果并不是很理想，厭氧反應(yīng)器的平均去除效果僅有12%，而微氧反應(yīng)器的平均去除率達(dá)到31%（最高可達(dá)48%），基本維持穩(wěn)定，上升趨勢(shì)不是很明顯。分析其原因可能是，由于前期焦化廢水水質(zhì)較差，含有大量的毒性物質(zhì)以及油類物質(zhì)，一方面，對(duì)顆粒污泥中的微生物產(chǎn)生毒害抑制作用，另一方面，可能由于油類物質(zhì)裹在顆粒污泥外表，共同導(dǎo)致顆粒內(nèi)部的產(chǎn)甲烷菌無法正常發(fā)揮作用，而厭氧反應(yīng)的水解酸化階段進(jìn)行較順利，產(chǎn)生大量的酸類物質(zhì)，進(jìn)一步抑制產(chǎn)甲烷菌的活性。這一階段反應(yīng)器內(nèi)的VFA含量較高，尤其是厭氧反應(yīng)器，高達(dá)5.5mmol／L，最高達(dá)到9.2mmol／L，而微氧反應(yīng)器VFA含量相對(duì)低一些，達(dá)到4mmol／L，并且反應(yīng)器內(nèi)含有碳酸氫鹽堿度整體較厭氧反應(yīng)器高。

圖2 2個(gè)反應(yīng)器啟動(dòng)運(yùn)行情況

根據(jù)此情況，隨后采取措施，進(jìn)水中添加小蘇打，中和部分VFA，緩解其對(duì)微生物的抑制作用。128d～176d時(shí)，2個(gè)反應(yīng)器去除效率均提升，但微氧反應(yīng)器上升速度較快，在143、169、171、174、176d時(shí)，微氧反應(yīng)器比厭氧反應(yīng)器去除效率分別增大了50%、27%、22%、30%、45%，并且微氧反應(yīng)器的COD平均去除效率達(dá)80%，最高達(dá)89%。微氧整體去除效果較好，并且反應(yīng)器內(nèi)伴有大量的氣泡（CH4氣體）產(chǎn)生，之后基本維持穩(wěn)定，微氧反應(yīng)器處理低濃度焦化廢水馴化啟動(dòng)成功。

從整個(gè)啟動(dòng)過程來看，微氧反應(yīng)器耐毒性、溫度、負(fù)荷等沖擊，說明微氧EGSB反應(yīng)器適應(yīng)性優(yōu)于厭氧反應(yīng)器。主要是因?yàn)?，微量氧的加入，一方面，可以改變顆粒污泥內(nèi)部微生物的種類，出現(xiàn)了好氧、兼性以及厭氧微生物共存的顆粒污泥；另一方面，微量氧的加入，使泥水接觸充分，提高反應(yīng)器內(nèi)的傳質(zhì)作用，加快反應(yīng)速度；再一方面，由于微量氧的加入可以氧化部分中間產(chǎn)物（如VFA），緩解其抑制作用。綜合考慮，EGSB反應(yīng)器在微氧狀態(tài)下表現(xiàn)出較好的去除效果，降低了出水中的COD濃度。因此，微氧EGSB反應(yīng)器在微氧條件下處理低濃度焦化廢水是可行的，比厭氧反應(yīng)器表現(xiàn)出更好的除污效果。

2.2 污泥性質(zhì)

微氧反應(yīng)器處理低濃度焦化廢水之所以比厭氧反應(yīng)器具有優(yōu)勢(shì)，主要原因在于反應(yīng)器內(nèi)的顆粒污泥的性能較好。

2.2.1 污泥外觀、濃度及粒徑分布

EGSB反應(yīng)器處理低濃度焦化廢水馴化啟動(dòng)成功之后，從反應(yīng)器內(nèi)取顆粒污泥測(cè)定其性能。厭氧條件下顆粒污泥呈黑色，而微氧條件下呈土黃色。微氧反應(yīng)器內(nèi)顆粒污泥的平均質(zhì)量濃度達(dá)到27g／L，比厭氧條件下低13%，說明在處理低濃度焦化廢水時(shí)污泥濃度并不能太高。比較適宜的污泥質(zhì)量濃度在25g／L左右。

圖3為馴化前、后顆粒污泥粒徑分布。從圖3可以看出：

1）2個(gè)反應(yīng)器內(nèi)的顆粒污泥粒徑均比添加焦化廢水前粒徑減小，其原因，一方面，焦化廢水的毒性抑制顆粒污泥內(nèi)部微生物的生長(zhǎng)，導(dǎo)致部分適應(yīng)性較差的顆粒污泥解體，粒徑減?。涣硪环矫?，微量氧的加入，加大反應(yīng)器內(nèi)水流的剪切力，也會(huì)將顆粒污泥破碎，導(dǎo)致粒徑減小，這也是導(dǎo)致污泥濃度降低的原因；

2）微氧顆粒污泥主要集中在粒徑0.30mm～0.43mm，其沉速達(dá)到34m／h，比厭氧條件下提高了38%，說明該粒徑范圍內(nèi)的微氧顆粒比厭氧條件下結(jié)構(gòu)密實(shí)。

圖3 馴化前、后顆粒污泥粒徑分布

2.2.2 顆粒污泥微生物形態(tài)（見圖4）

圖4 顆粒污泥掃描照片

從掃描電鏡觀察到，微氧顆粒污泥較厭氧內(nèi)部微生物種類豐富，排列規(guī)則，并以球狀菌、絲狀菌以及短桿菌為主，形成一個(gè)共生的微生物生態(tài)系統(tǒng)。正是這個(gè)共生微生物系統(tǒng)的存在，提高了反應(yīng)器對(duì)焦化廢水的處理效果。

3 結(jié)論

1）與厭氧相比，微氧條件下，EGSB反應(yīng)器處理低濃度焦化廢水啟動(dòng)較快。在進(jìn)水量為1.0L／h、上升流速為3.0m／h、有機(jī)負(fù)荷為1.1kgCOD／（m3·d）～1.6kgCOD／（m3·d）的條件下，厭氧反應(yīng)器的COD去除效率達(dá)到50%，而微氧條件下，則可達(dá)到85%以上，提高了41%。

2）微量氧的加入，能夠快速馴化EGSB反應(yīng)器中的顆粒污泥，可以增加低濃度焦化廢水中COD的去除率，縮短EGSB反應(yīng)器的啟動(dòng)時(shí)間。

3）EGSB反應(yīng)器在微氧條件下處理低濃度焦化廢水是可行的，能夠豐富顆粒污泥內(nèi)部微生物的種類，增強(qiáng)反應(yīng)器的適應(yīng)性，提高其處理效果。在143、169、171、174、176d時(shí)，微氧比厭氧去除效率分別增長(zhǎng)了50%、27%、22%、30%、45%，并且微氧條件下平均去除效率達(dá)80%，最高到89%。

4）在微氧和厭氧運(yùn)行條件下，微氧反應(yīng)器出水VFA平均濃度為3.48mmol／L，厭氧為4.55mmol／L。兩者相比，前者出水VFA濃度低，波動(dòng)小。

［1］趙來利，佘宗蓮，高孟春，等.常溫下ABR處理低濃度廢水性能及污泥特性［J］.環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2010，4（4）：761－766.

［2］左劍惡，王妍春，陳 浩，等.EGSB反應(yīng)器的啟動(dòng)運(yùn)行研究［J］.給水排水，2001，27（3）：26－30.

［3］郭曉燕，張振家.EGSB反應(yīng)器處理米酒廢水的啟動(dòng)方法研究［J］.環(huán)境污染與防治，2004，26（2）：107－109.

［4］國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局.水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法［M］.第4版.北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2002.

［5］國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局.水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法［M］.北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，1996.