水解酸化-生物接触氧化工艺处理中草药废水启动特性研究*

徐 鹏，战 友，张万昌，王广智**

（1.黑龙江科技大学环境与化工学院，黑龙江哈尔滨150022；2.哈尔滨工业大学市政环境工程学院，黑龙江哈尔滨150090）

水解酸化-生物接触氧化工艺处理中草药废水启动特性研究*

徐 鹏1,2，战 友1，张万昌2，王广智2**

（1.黑龙江科技大学环境与化工学院，黑龙江哈尔滨150022；2.哈尔滨工业大学市政环境工程学院，黑龙江哈尔滨150090）

为了解水解酸化-生物接触氧化工艺在处理中草药加工废水的处理效果，将参数调试为在水解酸化池水力停留时间13.5h，溶解氧浓度0.1～0.2mg/L，生物接触氧化池水力停留时间21.6h，溶解氧浓度2～3mg/L，进行反应器的启动试验。最终经过20d完成了该工艺反应器的启动，测定了反应器的COD、总氮、总磷和色度情况。结果表明，在经过反应器处理后，COD的去除率为60%以上，总氮去除率为50%以上，总磷去除率为60%以上，色度去除率为60%以上，反应器对废水各项指标的去除率非常稳定。

中草药废水；水解酸化；生物接触氧化；启动特性

前言

中药材加工企业在中药生产的煎煮、提取等过程中，会产生大量含高浓度药渣的残液，使中药材加工废水具有悬浮物和有机污染物浓度高、污水成分复杂、水质水量波动大等特点[1]。常规好氧生物法和物化法都很难使中药材加工废水达标，而利用厌氧水解和生物接触氧化复合工艺，不仅克服了厌氧工艺中常常出现的对环境要求苛刻，产甲烷阶段缓慢等缺点，同时也大大减小了处理设施的占地面积[2]，具有明显技术优势，目前被逐步推广应用。水解酸化-生物接触氧化复合工艺是利用水解池中厌氧微生物的作用，将难于生物降解的高分子复杂有机物转化成小分子的易于生物降解的有机物，从而使加工废水的可生化性提高[3]；再利用复合生物池填料表面的生物膜，强化降解废水中的有机物，实现废水达标处理的目的[4]。但是由于各中药材加工企业生产工艺和废水水质差别较大，使得水解酸化-生物接触氧化工艺在工程设计和运行方面存在一定困难，特别是在水解酸化-生物接触氧化工艺的快速启动和运行方面，缺乏有效的技术依据[5]。本研究利用典型中药材加工企业废水，通过建立一套水解酸化-生物接触氧化工艺模型，研究了水解酸化-生物接触氧化工艺的快速启动特性，从而为该工艺的工程应用提供技术依据。

1 试验装置和方法

1.1 实验用水

实验用水来自某制药厂生产废水，其各排放点的主要水质情况见表1。该药厂不同工段废水水质有很大差别，其中醇沉工段色度、COD、总氮和总磷都是最高，而调节池是各工段废水水质的混合，由于混入水针生产废水等因素，各项指标都相对较低。

1.2 实验装置

表1 各排放点污水水质Table 1The wastewater quality in each discharge point

实验装置采用的工艺流程如图1所示。综合废水首先经过混凝池和沉淀池后进入调节池，作为水解酸化-生物接触氧化工艺进水。

图1 水解-好氧生物接触氧化工艺流程图Fig.1 The process flow diagram of hydrolysis-aerobic biological contact oxidation

试验装置由有机玻璃加工而成，调节水箱有效容积480L，其中长800mm，宽600mm，高1200mm，保护高度200mm，水力停留时间6h。水解池有效容积：V有效=1100L，保护高度200mm，填料层高度500mm，长1500mm，宽750mm，高1200mm。生物接触氧化池有效容积：V有效=1800L，保护高度200mm，填料层高度500mm，其中长1500mm，宽1200mm，高1200mm，缺氧区∶好氧区=1∶2～6。二沉池长1200mm，宽240mm，高550mm，保护高度200mm。

1.3 工艺运行参数

在污水处理设施中的生化处理装置都需要一系列的前期污泥处理，其中包括对污泥进行接种、驯化。其中生化池的污泥的质量浓度最优是控制在2.5g/L（由于现场试验的不可控性，可以存在一定的偏差）。将初始污泥的质量浓度尽可能调试在1.5g/L左右，可以有利于其中微生物的生长。每天将质量浓度为200～300mg/L的COD量投加到生化池中。投加氮源中主要物质为尿素CO（NH2）2，磷源中主要物质为普钙Ca（H2PO4）2。在生化池中COD的质量浓度为300mg/L时，按照一般培养规则中其BOD5值以100mg/L左右计，补充量按m（P）∶m（N）∶m（BOD5）=1∶5∶100折算，质量比按照普钙∶尿素∶淀粉=2∶1∶20～30补给。其实验装置工艺运行的参数如表2所示。

表2 启动阶段工艺运行参数Table 2The process operating parameters in startup stage

1.4 主要测试方法

试验水质中所监测到的所有指标，包括COD、pH值、T-N、T-P、色度等，其测试方法均采用国家标准分析方法。

2 试验结果与分析

本研究采用人工驯化的厌氧污泥和好氧污泥作为反应器的接种物，接种后利用中草药生产污水中的营养物进行进一步培养驯化，缩短启动时间，保证优势菌群。接种污泥采自某污水厂二沉池污泥，检测启动期内COD和总氮等各项指标的去除率。当各项指标去除率达到一定数值后几乎不再变化接近平稳，标志着完成了整个启动阶段。

2.1 启动阶段水中COD的去除情况

本工艺启动阶段水中COD去除情况见图2。从图2中可以看出，从反应器开始启动到15d的时间里，反应器进水水质的COD在1800mg/L到3700mg/L波动，水质变化比较大。出水水质的COD维持在560到1500左右，且在后期去除率逐步稳定在60%以上。在本次试验中，中草药生产废水经过水解池，进一步提高了可生化性，与此同时，水体中的大分子物质被水解成为容易被复合生物池中微生物利用的小分子物质，为后面能够进一步降低各污染指标提供了条件[6]。好氧池中有着较高的微生物浓度，而且微生物活性大、代谢能力强，对水中的COD的去除起主要作用。

图2 启动阶段对水中COD去除变化Fig.2The COD removal rate in the startup stage

2.2 启动阶段水中总氮去除情况

污水中氮的主要存在形式为有机氮和氨氮，其中的凯氏氮和氧化态氮是总氮的两大组成部分，污水中脱氮工艺一般由氨化作用、硝化作用、反硝化作用和同化作用这四部分组成[6]。在对污水进行生物处理过程中，异养微生物对水体中有机氮进行氧化分解，即通过氨化作用使之转化成NH3-H,然后通过硝化作用转化成NOX-N，最后在反硝化作用下使NOX-N转化成N2从而逸散到大气中[7]。本工艺启动阶段水中总氮去除情况见图3。

图3 启动阶段对水中总氮去除变化Fig.3The total N removal rate in the startup stage

从图3中可以看出，从反应器开始启动到15d的时间里，反应器进水的总氮在25～80mg/L之间波动，出水总氮在20～60mg/L之间，由于中药材加工废水水质变化较大的特性，使得进水水质波动比较大，因而出水总氮也有较大波动性。在反应器启动开始阶段，总氮的去除率较低，随后逐步稳定在50%左右。影响生物脱氮的因素主要由溶解氧、温度、有机碳、pH值、污泥龄和有毒有害物质等[8]。由于在现场反应器温度受外界影响比较大，而硝化反应最适宜的温度为5～40℃，反硝化作用的最适宜温度为20～40℃，所以当水体温度低于15℃的时候，反硝化作用的效率会大程度的降低，因此，外界温度对处理效率的波动性也有一定影响[9]。

2.3 启动阶段水中总磷的去除情况

生物除磷主要是依靠聚磷菌释磷和吸磷的作用，聚磷菌在厌氧条件下表现为磷的释放，即磷酸盐从聚磷菌体内转移到水体中，在水体中的溶解氧充足时，聚磷菌活性大大提高，降解有机物，同时产生供给生命体活动所需的ATP，这部分ATP其中有一部分就是用于聚磷菌对水中溶解态磷酸盐的吸收，表现为在水体中的磷酸盐转移到了生物体中，表现出了生物对水中磷的吸收。本工艺启动阶段水中总磷去除情况见图4。

图4 启动阶段对水中总磷去除变化Fig.4The phosphorus removal rate in the startup stage

由图4中可以看出，从反应器开始启动到15d的时间里，反应器随着时间的增长，污水中总磷的去除率逐步提高到60%以上，影响生物除磷的主要因素有温度、溶解氧、pH值、硝态氮、有机负荷和有机类物、污泥龄等，出水水质中磷的含量波动性较大主要受现场进水水质影响，而去除率又受到外界温度的影响，因此呈现一定的波动性。

2.4 启动阶段水中色度的去除情况

图5 启动阶段对水中色度去除变化Fig.5The chroma removal rate in the startup stage

本工艺启动阶段水中色度去除情况见图5。由图5中可见，从反应器开始启动到15d的时间里，起始进水至反应器中时的色度在50～150倍之间，整个过程中水质波动大，在经过反应器处理后色度明显改善，到后期，去除率稳定在60%左右。对色度的去除，主要集中在水解阶段，生物接触氧化池对色度的去除率较低[10]。

3 结论

1）采用接种污泥培养在水解酸化-生物接触氧化反应器中的方式，15d反应器便可启动成功。

2）在外界温度为5～15℃条件下，水解酸化-生物接触氧化可实现对中药材加工废水COD去除率为60%以上，总氮去除率50%以上，总磷去除率60%以上，色度去除率为60%以上。

3）在调节池进水水质波动比较大的情况下，通过对数据的观察与分析，可以看出反应器对废水各项指标的去除率一直比较稳定，表明水解酸化-生物接触氧化组合工艺抗冲击负荷能力强。

［1］王明健.水解酸化-生物接触氧化法处理中药制药废水［J］.广东化工,2011,38（7）:237～238.

［2］李武.水解—好氧生物处理工艺:在制药废水处理上的应用［J］.环境工程,1997,15（4）:7～8.

［3］金建华,柴晓煜.水解酸化—接触氧化工艺处理印染废水技术探讨［J］.中国水运:理论版,2006,11:024.

［4］李建政,任南琪,刘艳玲,等.中药废水高效生物处理技术的研究［J］.中国给水排水,2000,16（6）:5～8.

［5］牛天新,郑洁敏,宋亮.生物接触氧化法的研究与应用进展［J］.杭州农业科技,2008（4）:27～28.

［6］韩治成,陈艳华.生物接触氧化法处理生活污水［J］.环境卫生工程,2004,12（3）:162～163.

［7］陈俊芬,屈春香,郑海腾,等.二段生物接触氧化法处理生活污水启动挂膜试验研究［J］.安徽农业科学,2013,41（13）:5901～5902.

［8］李晓晨,吴成强,杨敏,等.用于生物接触氧化工艺的填料特性比较研究［J］.环境污染治理技术与设备,2005,6（1）:44～46.

［9］陈清后.影响生物脱氮除磷的因素［J］.污染防治技术,2007, 20（1）:41～42,80.

［10］王小强.水解酸化—生物接触氧化工艺处理乳制品废水的试验研究［D］.长安大学,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*基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项（编号：2012ZX07205-002-01）

徐鹏（1990-）,男,黑龙江大庆人,硕士研究生,主要从事高浓度废水生化处理技术研究。

**通讯联系人：王广智（1979-）,男,河北人,副教授,博士,主要从事水污染控制技术研究。hitwgz@126.com