徐 鵬，戰(zhàn) 友，張萬昌，王廣智**

（1.黑龍江科技大學(xué)環(huán)境與化工學(xué)院，黑龍江哈爾濱150022；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱150090）

水解酸化-生物接觸氧化工藝處理中草藥廢水啟動特性研究*

徐 鵬1,2，戰(zhàn) 友1，張萬昌2，王廣智2**

（1.黑龍江科技大學(xué)環(huán)境與化工學(xué)院，黑龍江哈爾濱150022；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱150090）

為了解水解酸化-生物接觸氧化工藝在處理中草藥加工廢水的處理效果，將參數(shù)調(diào)試為在水解酸化池水力停留時(shí)間13.5h，溶解氧濃度0.1～0.2mg/L，生物接觸氧化池水力停留時(shí)間21.6h，溶解氧濃度2～3mg/L，進(jìn)行反應(yīng)器的啟動試驗(yàn)。最終經(jīng)過20d完成了該工藝反應(yīng)器的啟動，測定了反應(yīng)器的COD、總氮、總磷和色度情況。結(jié)果表明，在經(jīng)過反應(yīng)器處理后，COD的去除率為60%以上，總氮去除率為50%以上，總磷去除率為60%以上，色度去除率為60%以上，反應(yīng)器對廢水各項(xiàng)指標(biāo)的去除率非常穩(wěn)定。

中草藥廢水；水解酸化；生物接觸氧化；啟動特性

前言

中藥材加工企業(yè)在中藥生產(chǎn)的煎煮、提取等過程中，會產(chǎn)生大量含高濃度藥渣的殘液，使中藥材加工廢水具有懸浮物和有機(jī)污染物濃度高、污水成分復(fù)雜、水質(zhì)水量波動大等特點(diǎn)[1]。常規(guī)好氧生物法和物化法都很難使中藥材加工廢水達(dá)標(biāo)，而利用厭氧水解和生物接觸氧化復(fù)合工藝，不僅克服了厭氧工藝中常常出現(xiàn)的對環(huán)境要求苛刻，產(chǎn)甲烷階段緩慢等缺點(diǎn)，同時(shí)也大大減小了處理設(shè)施的占地面積[2]，具有明顯技術(shù)優(yōu)勢，目前被逐步推廣應(yīng)用。水解酸化-生物接觸氧化復(fù)合工藝是利用水解池中厭氧微生物的作用，將難于生物降解的高分子復(fù)雜有機(jī)物轉(zhuǎn)化成小分子的易于生物降解的有機(jī)物，從而使加工廢水的可生化性提高[3]；再利用復(fù)合生物池填料表面的生物膜，強(qiáng)化降解廢水中的有機(jī)物，實(shí)現(xiàn)廢水達(dá)標(biāo)處理的目的[4]。但是由于各中藥材加工企業(yè)生產(chǎn)工藝和廢水水質(zhì)差別較大，使得水解酸化-生物接觸氧化工藝在工程設(shè)計(jì)和運(yùn)行方面存在一定困難，特別是在水解酸化-生物接觸氧化工藝的快速啟動和運(yùn)行方面，缺乏有效的技術(shù)依據(jù)[5]。本研究利用典型中藥材加工企業(yè)廢水，通過建立一套水解酸化-生物接觸氧化工藝模型，研究了水解酸化-生物接觸氧化工藝的快速啟動特性，從而為該工藝的工程應(yīng)用提供技術(shù)依據(jù)。

1 試驗(yàn)裝置和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)用水

實(shí)驗(yàn)用水來自某制藥廠生產(chǎn)廢水，其各排放點(diǎn)的主要水質(zhì)情況見表1。該藥廠不同工段廢水水質(zhì)有很大差別，其中醇沉工段色度、COD、總氮和總磷都是最高，而調(diào)節(jié)池是各工段廢水水質(zhì)的混合，由于混入水針生產(chǎn)廢水等因素，各項(xiàng)指標(biāo)都相對較低。

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置

表1 各排放點(diǎn)污水水質(zhì)Table 1The wastewater quality in each discharge point

實(shí)驗(yàn)裝置采用的工藝流程如圖1所示。綜合廢水首先經(jīng)過混凝池和沉淀池后進(jìn)入調(diào)節(jié)池，作為水解酸化-生物接觸氧化工藝進(jìn)水。

圖1 水解-好氧生物接觸氧化工藝流程圖Fig.1 The process flow diagram of hydrolysis-aerobic biological contact oxidation

試驗(yàn)裝置由有機(jī)玻璃加工而成，調(diào)節(jié)水箱有效容積480L，其中長800mm，寬600mm，高1200mm，保護(hù)高度200mm，水力停留時(shí)間6h。水解池有效容積：V有效=1100L，保護(hù)高度200mm，填料層高度500mm，長1500mm，寬750mm，高1200mm。生物接觸氧化池有效容積：V有效=1800L，保護(hù)高度200mm，填料層高度500mm，其中長1500mm，寬1200mm，高1200mm，缺氧區(qū)∶好氧區(qū)=1∶2～6。二沉池長1200mm，寬240mm，高550mm，保護(hù)高度200mm。

1.3 工藝運(yùn)行參數(shù)

在污水處理設(shè)施中的生化處理裝置都需要一系列的前期污泥處理，其中包括對污泥進(jìn)行接種、馴化。其中生化池的污泥的質(zhì)量濃度最優(yōu)是控制在2.5g/L（由于現(xiàn)場試驗(yàn)的不可控性，可以存在一定的偏差）。將初始污泥的質(zhì)量濃度盡可能調(diào)試在1.5g/L左右，可以有利于其中微生物的生長。每天將質(zhì)量濃度為200～300mg/L的COD量投加到生化池中。投加氮源中主要物質(zhì)為尿素CO（NH2）2，磷源中主要物質(zhì)為普鈣Ca（H2PO4）2。在生化池中COD的質(zhì)量濃度為300mg/L時(shí)，按照一般培養(yǎng)規(guī)則中其BOD5值以100mg/L左右計(jì)，補(bǔ)充量按m（P）∶m（N）∶m（BOD5）=1∶5∶100折算，質(zhì)量比按照普鈣∶尿素∶淀粉=2∶1∶20～30補(bǔ)給。其實(shí)驗(yàn)裝置工藝運(yùn)行的參數(shù)如表2所示。

表2 啟動階段工藝運(yùn)行參數(shù)Table 2The process operating parameters in startup stage

1.4 主要測試方法

試驗(yàn)水質(zhì)中所監(jiān)測到的所有指標(biāo)，包括COD、pH值、T-N、T-P、色度等，其測試方法均采用國家標(biāo)準(zhǔn)分析方法。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

本研究采用人工馴化的厭氧污泥和好氧污泥作為反應(yīng)器的接種物，接種后利用中草藥生產(chǎn)污水中的營養(yǎng)物進(jìn)行進(jìn)一步培養(yǎng)馴化，縮短啟動時(shí)間，保證優(yōu)勢菌群。接種污泥采自某污水廠二沉池污泥，檢測啟動期內(nèi)COD和總氮等各項(xiàng)指標(biāo)的去除率。當(dāng)各項(xiàng)指標(biāo)去除率達(dá)到一定數(shù)值后幾乎不再變化接近平穩(wěn)，標(biāo)志著完成了整個(gè)啟動階段。

2.1 啟動階段水中COD的去除情況

本工藝啟動階段水中COD去除情況見圖2。從圖2中可以看出，從反應(yīng)器開始啟動到15d的時(shí)間里，反應(yīng)器進(jìn)水水質(zhì)的COD在1800mg/L到3700mg/L波動，水質(zhì)變化比較大。出水水質(zhì)的COD維持在560到1500左右，且在后期去除率逐步穩(wěn)定在60%以上。在本次試驗(yàn)中，中草藥生產(chǎn)廢水經(jīng)過水解池，進(jìn)一步提高了可生化性，與此同時(shí)，水體中的大分子物質(zhì)被水解成為容易被復(fù)合生物池中微生物利用的小分子物質(zhì)，為后面能夠進(jìn)一步降低各污染指標(biāo)提供了條件[6]。好氧池中有著較高的微生物濃度，而且微生物活性大、代謝能力強(qiáng)，對水中的COD的去除起主要作用。

圖2 啟動階段對水中COD去除變化Fig.2The COD removal rate in the startup stage

2.2 啟動階段水中總氮去除情況

污水中氮的主要存在形式為有機(jī)氮和氨氮，其中的凱氏氮和氧化態(tài)氮是總氮的兩大組成部分，污水中脫氮工藝一般由氨化作用、硝化作用、反硝化作用和同化作用這四部分組成[6]。在對污水進(jìn)行生物處理過程中，異養(yǎng)微生物對水體中有機(jī)氮進(jìn)行氧化分解，即通過氨化作用使之轉(zhuǎn)化成NH3-H,然后通過硝化作用轉(zhuǎn)化成NOX-N，最后在反硝化作用下使NOX-N轉(zhuǎn)化成N2從而逸散到大氣中[7]。本工藝啟動階段水中總氮去除情況見圖3。

圖3 啟動階段對水中總氮去除變化Fig.3The total N removal rate in the startup stage

從圖3中可以看出，從反應(yīng)器開始啟動到15d的時(shí)間里，反應(yīng)器進(jìn)水的總氮在25～80mg/L之間波動，出水總氮在20～60mg/L之間，由于中藥材加工廢水水質(zhì)變化較大的特性，使得進(jìn)水水質(zhì)波動比較大，因而出水總氮也有較大波動性。在反應(yīng)器啟動開始階段，總氮的去除率較低，隨后逐步穩(wěn)定在50%左右。影響生物脫氮的因素主要由溶解氧、溫度、有機(jī)碳、pH值、污泥齡和有毒有害物質(zhì)等[8]。由于在現(xiàn)場反應(yīng)器溫度受外界影響比較大，而硝化反應(yīng)最適宜的溫度為5～40℃，反硝化作用的最適宜溫度為20～40℃，所以當(dāng)水體溫度低于15℃的時(shí)候，反硝化作用的效率會大程度的降低，因此，外界溫度對處理效率的波動性也有一定影響[9]。

2.3 啟動階段水中總磷的去除情況

生物除磷主要是依靠聚磷菌釋磷和吸磷的作用，聚磷菌在厭氧條件下表現(xiàn)為磷的釋放，即磷酸鹽從聚磷菌體內(nèi)轉(zhuǎn)移到水體中，在水體中的溶解氧充足時(shí)，聚磷菌活性大大提高，降解有機(jī)物，同時(shí)產(chǎn)生供給生命體活動所需的ATP，這部分ATP其中有一部分就是用于聚磷菌對水中溶解態(tài)磷酸鹽的吸收，表現(xiàn)為在水體中的磷酸鹽轉(zhuǎn)移到了生物體中，表現(xiàn)出了生物對水中磷的吸收。本工藝啟動階段水中總磷去除情況見圖4。

圖4 啟動階段對水中總磷去除變化Fig.4The phosphorus removal rate in the startup stage

由圖4中可以看出，從反應(yīng)器開始啟動到15d的時(shí)間里，反應(yīng)器隨著時(shí)間的增長，污水中總磷的去除率逐步提高到60%以上，影響生物除磷的主要因素有溫度、溶解氧、pH值、硝態(tài)氮、有機(jī)負(fù)荷和有機(jī)類物、污泥齡等，出水水質(zhì)中磷的含量波動性較大主要受現(xiàn)場進(jìn)水水質(zhì)影響，而去除率又受到外界溫度的影響，因此呈現(xiàn)一定的波動性。

2.4 啟動階段水中色度的去除情況

圖5 啟動階段對水中色度去除變化Fig.5The chroma removal rate in the startup stage

本工藝啟動階段水中色度去除情況見圖5。由圖5中可見，從反應(yīng)器開始啟動到15d的時(shí)間里，起始進(jìn)水至反應(yīng)器中時(shí)的色度在50～150倍之間，整個(gè)過程中水質(zhì)波動大，在經(jīng)過反應(yīng)器處理后色度明顯改善，到后期，去除率穩(wěn)定在60%左右。對色度的去除，主要集中在水解階段，生物接觸氧化池對色度的去除率較低[10]。

3 結(jié)論

1）采用接種污泥培養(yǎng)在水解酸化-生物接觸氧化反應(yīng)器中的方式，15d反應(yīng)器便可啟動成功。

2）在外界溫度為5～15℃條件下，水解酸化-生物接觸氧化可實(shí)現(xiàn)對中藥材加工廢水COD去除率為60%以上，總氮去除率50%以上，總磷去除率60%以上，色度去除率為60%以上。

3）在調(diào)節(jié)池進(jìn)水水質(zhì)波動比較大的情況下，通過對數(shù)據(jù)的觀察與分析，可以看出反應(yīng)器對廢水各項(xiàng)指標(biāo)的去除率一直比較穩(wěn)定，表明水解酸化-生物接觸氧化組合工藝抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)。

［1］王明健.水解酸化-生物接觸氧化法處理中藥制藥廢水［J］.廣東化工,2011,38（7）:237～238.

［2］李武.水解—好氧生物處理工藝:在制藥廢水處理上的應(yīng)用［J］.環(huán)境工程,1997,15（4）:7～8.

［3］金建華,柴曉煜.水解酸化—接觸氧化工藝處理印染廢水技術(shù)探討［J］.中國水運(yùn):理論版,2006,11:024.

［4］李建政,任南琪,劉艷玲,等.中藥廢水高效生物處理技術(shù)的研究［J］.中國給水排水,2000,16（6）:5～8.

［5］牛天新,鄭潔敏,宋亮.生物接觸氧化法的研究與應(yīng)用進(jìn)展［J］.杭州農(nóng)業(yè)科技,2008（4）:27～28.

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［10］王小強(qiáng).水解酸化—生物接觸氧化工藝處理乳制品廢水的試驗(yàn)研究［D］.長安大學(xué),2009.

Study on Startup Characteristics of Herbal Wastewater Treatment by Hydrolysis Acidification-Biological Contact Oxidation Processes

XU Peng1,2,ZHAN You1,ZHANG Wan-chang2and WANG Guang-zhi2
（1.College of Environmental and Chemical Engineering，Heilongjiang University of Science and Technology，Harbin，150022,China；2.College of Municipal and Environmental Engineering，Harbin Institute of Technology，Harbin，150090,China）

The effect of hydrolytic acidification-biological contact oxidation process on the treatment of Chinese herbal medicine wastewater is studied.The parameters of HRT and DO is adjusted to be 13.5h and 0.1～0.2mg/L respectively in the acid hydrolysis pond;on the other hand the HRT and DO is adjusted to be 21.6h and 2～3mg/L respectively in the biological contact oxidation pond,then the startup of experiment of reactor is carried out.Finally,the startup of reactor is complete in 20 days.The COD,total N and P and chroma in reactor is determined.The results show that the removal efficiency of COD,total N and P is above 60%,over 50%and more than 60%respectively,and the chroma removal rate is higher than 50% after the treatment.The removal efficiency of wastewater’s indicators in this reactor is very stable.

Chinese herbal wastewater;hydrolysis acidification;biological contact oxidation;startup characteristics

X783.3

A

1001-0017（2016）04-240-04

2016-03-18*基金項(xiàng)目：國家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)（編號：2012ZX07205-002-01）

徐鵬（1990-）,男,黑龍江大慶人,碩士研究生,主要從事高濃度廢水生化處理技術(shù)研究。

**通訊聯(lián)系人：王廣智（1979-）,男,河北人,副教授,博士,主要從事水污染控制技術(shù)研究。hitwgz@126.com