好氧颗粒污泥处理增塑剂生产废水
2013-10-22王新刚
张 伟，王新刚，林 兵
（江苏科技大学 生物与化学工程学院，江苏 镇江 212018）
Zhang Wei，Wang Xingang，Lin Bing
邻苯二甲酸二辛脂是一种广泛应用于塑料行业的增塑剂，是树脂工业不可缺少的原料，经该产品增塑的制品多用于医药、食品及绝缘、高温、防晒用品等领域［1］。增塑剂生产过程中产生大量高浓度有机废水［2］，由于含有邻苯二甲酸盐、少量的醇、酯类及无机盐类，使得废水处理难度加大［3］。好氧颗粒污泥是微生物在好氧条件下相互聚合而成的一种高活性的粒状聚集体，具有良好的沉降性能，可提高反应器中微生物量，确保污染物的快速转化。同时好氧颗粒污泥是一个微生态系统，具有丰富的微生物相，能形成高效代谢网，且对其中的微生物个体具有保护作用，可增强抵抗生物抑制剂的能力［4］。目前，好氧颗粒污泥已应用于多种工业废水的处理中［5-7］。
本工作采用好氧颗粒污泥处理增塑剂生产废水，考察了驯化及处理过程中好氧颗粒污泥对废水的处理效果，为好氧颗粒污泥处理该化工废水的实践应用奠定基础。
1 实验部分
1.1 材料、试剂和仪器
取按文献［8-9］已培养的好氧颗粒污泥，挑选粒径3～5 mm、外形为球形或椭球形的好氧颗粒污泥作为接种污泥。好氧颗粒污泥照片见图1。
图1 好氧颗粒污泥照片
增塑剂生产废水取自江苏某化工厂，为该厂废水处理设施物化处理单元出水。由于好氧颗粒污泥在人工模拟废水（主要以葡萄糖、乙酸钠、氯化铵、磷酸二氢钾及其他微量元素等配制而成）中培养，因此实验开始阶段将增塑剂生产废水混入人工模拟废水中，逐渐增加增塑剂生产废水占进水的体积分数（以体积分数10%～20%的比例增加），最终进水全部为增塑剂生产废水，以实现对好氧颗粒污泥的驯化。废水水质见表1。
表1 废水水质 mg/L
1.2 实验装置
实验在SBR反应器中进行。反应器内径为60 mm，高度为1 000 mm，有效容积为2.54 L。运行参数为：进水5 min、曝气210 min、沉淀3 min、排水2 min，静置20 min，周期总长为240 min，排水比为1/2。各阶段的运行均通过时间控制器来控制。
1.3 实验方法
将好氧颗粒污泥置于反应器中，加入人工配水运行7 d后，改变增塑剂废水在进水中的比例。进水浓度每改变一次，稳定运行7 d后，取样检测。
1.4 分析方法
采用加热回流重铬酸钾消解法测定COD［10］210-211；采用滴定法测定ρ（NH3-N）［10］246-247；采用钼锑抗分光光度法测定TP［10］282-283。
2 结果与讨论
2.1 COD的去除效果
好氧颗粒污泥对COD的去除效果见图2。由图2可见：由于好氧颗粒污泥具有良好的沉降性能和较高的污泥浓度，因此对COD的去除效果较好；运行初始阶段，人工模拟废水COD为750 mg/L，出水COD为76 mg/L，去除率达到了90%；随着进水中增塑剂生产废水体积分数的增加，出水COD波动较小，主要集中在43～77 mg/L，COD去除率一直保持较高水平，为78%～91%；当增塑剂废水体积分数为60%时，出水COD最低，为42 mg/L，此时进水COD为451 mg/L，COD去除率为91%；当进水全部为增塑剂生产废水时，虽然进水COD不高，只有283 mg/L，但出水COD有所升高，达到62 mg/L，COD去除率也最低，为78%。这主要由于增塑剂废水中难降解物质较多［11］，尽管进水COD低，但出水受到影响。另外，由于增塑剂废水中氮、磷含量较低，无法满足好氧颗粒污泥生长需求，也会影响出水效果。尽管如此，经好氧颗粒污泥处理后出水仍接近于GB18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》［12］的一级B标准（COD小于60 mg/L）。
图2 好氧颗粒污泥的COD去除效果
2.2 NH3-N的去除效果
好氧颗粒污泥对NH3-N的去除效果见图3。由图3可见：在运行初始阶段，人工模拟废水中ρ（NH3-N）较高，达到45.0 mg/L，出水ρ（NH3-N）为15.0 mg/L，NH3-N去除率为66%；增塑剂生产废水中ρ（NH3-N）较低，只有3.5 mg/L，因此，随着进水中增塑剂生产废水体积分数增加，进水ρ（NH3-N）持续降低，出水ρ（NH3-N）相应下降，NH3-N去除率缓慢增大；当增塑剂生产废水体积分数为60%时，出水ρ（NH3-N）为5.3 mg/L，NH3-N去除率为75%；当增塑剂生产废水体积分数为80%时，出水ρ（NH3-N）只有0.6 mg/L，NH3-N去除率接近95%；而进水全部为增塑剂生产废水时，出水ρ（NH3-N）未检出。有研究表明［13］：硝化细菌因为生长周期比较长，需要较长的污泥停留时间，因而它更“倾向”于存在于固定相中，反应器的选择压力大，絮体被洗出，沉降性能好的被好氧颗粒污泥保存下来，从而增加了反应器内硝化菌的浓度，因此好氧颗粒污泥对NH3-N具有较好的去除效果。而由于增塑剂生产废水的ρ（NH3-N）只有3.5 mg/L，所以好氧颗粒污泥通过同化作用及氨化作用可将其完全去除。
图3 好氧颗粒污泥对NH3-N的去除效果
2.3 TP的去除效果
好氧颗粒污泥对TP的去除效果见图4。
图4 好氧颗粒污泥对TP的去除效果
由图4可见：在运行初始阶段，人工模拟废水中TP较高，达到8.00 mg/L，出水TP为3.50 mg/L，TP去除率为56%；增塑剂生产废水中TP低，只有0.40 mg/L，因此，随着好氧颗粒污泥进水中增塑剂废水体积分数增加，进水TP持续降低，出水TP相应下降，TP去除率缓慢增加，在增塑剂生产废水体积分数为80%时，出水TP为0.60 mg/L，TP去除率为65%；进水全部为增塑剂生产废水时，出水TP为0.03 mg/L，去除率超过了90%。在传统活性污泥法中，废水中TP的去除主要是通过将富磷污泥以剩余污泥的形式排放而去除的。在好氧颗粒污泥体系中，颗粒污泥致密，沉降性能良好，排放的污泥量比较少，因此系统对磷的去除率整体不高。而由于增塑剂废水TP只有0.40 mg/L，所以好氧颗粒污泥通过同化作用可将磷大部分去除，因而出水中磷的含量很低，小于0.10 mg/L。
3 结论
采用好氧颗粒污泥处理增塑剂生产废水。实验结果表明，好氧颗粒污泥对增塑剂生产废水处理效果良好，出水ρ（NH3-N）未检出，TP为0.03 mg/L，TP去除率大于90%；COD的去除率为78%，出水COD为62 mg/L，接近于GB18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级B标准。
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