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(lái)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(wèn)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(duì)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(duì)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(guò)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(lái)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(duì)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(duì)污泥或(和)菌粉進(jìn)行馴化:①對(duì)污泥進(jìn)行馴化,污泥接種量為15 g;②對(duì)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(guò)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(zhǎng)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(guò)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(cè)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(cè)定COD[9];采用納氏試劑分光光度法測(cè)定氨氮含量[10];采用目測(cè)法測(cè)量污泥SV30[11],即泥水混合物在1 L量筒里沉淀30 min后目測(cè)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(duì)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(shì)較一致。在污泥處理過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(duì)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(duì)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(guò)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(guò)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(shì)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(guò)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(guò)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(shuō)明污泥和菌粉中的優(yōu)勢(shì)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(guò)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(duì)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(guò)程中,最大氨氮去除率分別為33.8%、39.22%、32.44%和48.07%,分別對(duì)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(duì)比可知,污泥馴化后投加菌粉處理醫(yī)療廢水過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)程,但是污泥與菌粉混合后馴化處理醫(yī)療廢水過(guò)程中得到的氨氮去除率平均值與菌粉處理醫(yī)療廢水過(guò)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(guò)程中得到的最大氨氮去除率和氨氮去除率平均值相近,說(shuō)明投加菌粉后對(duì)氨氮去除率無(wú)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(lái)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(guò)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(guò)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%。