SMBBR工艺与A2O工艺处理苯嗪废水的对比研究

敬双怡,杨宇杰,朱浩君,2,郝梦影 ,李卫平

(1.内蒙古科技大学 能源与环境学院,内蒙古 包头 014010;2.中丹康灵(北京)生物技术有限公司,北京 100085)

随着近年来我国经济的迅速发展，环境污染也愈发严重，而环境污染源中的严重污染源就有农药化工废水，农药化工废水又有着高毒性、高盐分、高氨氮、高COD的特点[1-3]，因此寻找一种适合处理农药废水的处理工艺显得非常重要。

A2O工艺是一种常用的污水处理工艺，有同步脱氮除磷的功能，工艺简单，投资少，运行成本低[4]。因此，在我国污水处理中占比最大[5]。但A2O工艺也存在脱氮与除磷过程中的功能菌污泥龄不同的矛盾，脱氮与除磷过程中的功能菌对碳源的竞争、回流液中的硝酸盐对释磷和反硝化过程的干扰等缺点[6-7]；SMBBR工艺是基于移动床生物膜法(MBBR)的改进工艺，是由特殊的SDC-03生物载体作为填料和特定的反硝化细菌DNF409组成，有着传统流化床与生物接触氧化的优点[8]，具有处理负荷高、耐冲击性强、节约空间、无需污泥回流、剩余污泥少等优点[9-10]。

本文使用A2O工艺和SMBBR工艺处理含苯嗪草酮的农药废水，对比分析两种工艺对废水中的各个指标的处理能力，找出对含苯嗪草酮的农药废水处理效果更好的工艺，为该工厂的污水处理系统的提标改造提供技术支持。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

农药废水，取自某农药化工工厂的调节池[11]，水质见表1；接种污泥，取自该农药厂污水处理站经絮凝脱水的活性污泥(含水量为80%)；特效菌种DNF409。

表1 废水进水水质Table 1 Wastewater influent water quality

UV-6000PC型紫外可见分光光度计;JPB-607A便携式溶氧仪;x75便携式水质测定仪。

1.2 实验方法

A2O工艺和SMBBR工艺流程分别见图1、图2。

图1 A2O工艺流程图Fig.1 A2O process flow chart

图2 SMBBR工艺流程图Fig.2 SMBBR process flow chart

在实验装置中加入活性污泥和特效菌种DNF409，用自来水加满，打开曝气装置和搅拌装置,使填料、水、活性污泥三相充分接触，然后关闭曝气和停止搅拌，闷曝24 h。排掉1/3的混合液后，开始连续进水，调节曝气装置，将SMBBR的DO浓度控制在3 mg/L左右，水力停留时间暂定为10 d，同时每天向AMBBR反应器中投加50 mg特效菌种DNF409，通过一段时间对微生物的培养，待系统稳定运行且处理效果良好，说明进入稳定运行期，开始进行取水检测。本实验为平行对比实验，每3 d对两个工艺的沉淀池出水的各项指标进行测定，对比分析两个工艺对各污染物的去除效果。

1.3 分析方法

COD、NH3-N、TP均按照《水和废水监测方法》中规定的方法进行测定。

2 结果与讨论

2.1 COD的去除对比

SMBBR工艺与A2O工艺对COD的去除效果的对比见图3。

图3 SMBBR与A2O对COD的去除效果Fig.3 SMBBR and A2O removal of COD

由图3可知,在稳定运行过程中，两个工艺的进水COD都处于900～1 100 mg/L，此时SMBBR工艺的出水COD浓度处于200 mg/L以下，最低达到140 mg/L，去除率一直稳定在80%以上，最高达到85.74%，而A2O工艺的出水COD浓度则处于350 mg/L左右，去除率处于65%左右，且A2O工艺的出水COD波动较SMBBR工艺更大。分析原因：此时SMBBR工艺中的各级反应器中生物膜已经成熟，同时，SMBBR工艺中AMBBR池的水解酸化反应比较彻底，使得大分子难降解有机物有效的分解，提高了B/C[12-13]，并由之后的SMBBR充分反应去除，同时也因为 SMBBR工艺具有较高的COD负荷率和较高的空气氧利用率[14]，使得SMBBR工艺对COD的去除效果较A2O工艺更好。

2.2 氨氮的去除对比

SMBBR工艺与A2O工艺对氨氮的去除效果对比见图4。

图4 SMBBR与A2O对氨氮的去除效果Fig.4 Removal effect of SMBBR and A2O on NH3-N

由图4可知，在稳定运行过程中，进水的氨氮在95～130 mg/L，A2O工艺和SMBBR工艺对氨氮的去除率分别为71.56%～76.86%和92.02%～96.97%，平均去除率分别为73.88%和94.36%，这表明SMBBR工艺的脱氮效果好于A2O工艺。分析原因：在处理系统中投加的填料是有利于高活性硝化菌和亚硝化菌的聚集，使得工艺系统有着充足的菌种进行污水处理，同时系统的生态结构在载体上保持着较稳定的动态平衡，而且从稳定运行后，开始在AF中外加一定量的乙醇，这使得AF中的反硝化菌所进行的反硝化作用更加彻底[15-18]，保证了AF中的反硝化反应可以高效、彻底的进行。

2.3 总磷的去除对比

SMBBR工艺与A2O工艺对总磷的去除效果对比见图5。

图5 SMBBR与A2O对总磷的去除效果Fig.5 Removal effect of SMBBR and A2O on TP

由图5可知，在稳定运行过程中，进水的总磷在5～6 mg/L，SMBBR工艺与A2O工艺对总磷的去除效果都较为理想，但 SMBBR工艺对总磷的去除效果略好于A2O工艺。分析原因：因为生物膜增长到了一定厚度，导致扩散到生物膜内部扩散的氧变得极其有限。使得生物膜的表面依然属于有氧环境，但内部则变成了缺氧甚至厌氧的环境，这样形成了厌氧-好氧的有效处理机制,同时聚磷菌也有了厌氧释磷到好氧吸磷的条件,磷会通过生物膜脱落形成污泥的过程减少[19-20]；而且推断悬浮填料上可能附着着厌氧除磷功能菌(NA菌)，在AF的厌氧环境中发生了厌氧除磷，产生磷化氢气体[21]，使总磷进一步降低。

2.4 抗冲击负荷对比

2.4.1 对提高氨氮浓度的对比 表2是向进水中加入一定比例的氨氮含量高的废水，使得进水氨氮浓度变为原来的1.5～2.5倍，结果见表2。

表2 进出水水质指标Table 2 Inlet and water quality indicator

由表2可知，在高浓度氨氮的进水冲击中，A2O工艺的出水氨氮浓度在不断变大，而氨氮的去除率在进水氨氮为218.90 mg/L时达到最大，去除率在80%左右，SMBBR工艺的出水氨氮在氨氮浓度增大的过程中没有太明显的变化，且去除率一直保持在96%左右，可知SMBBR工艺抵抗高氨氮的冲击能力强。分析原因：填料上附着的微生物多，同时填料也为微生物提供了在空间上相对独立的生长环境[22]，使其存活能力得到提升，进而提高了系统的抗冲击能力。

2.4.2 对减少水力停留时间的对比 在进水水质基本不变的情况下，即进水氨氮、COD、总磷分别在110，1 100，5.5 mg/L左右，只改变两个工艺的停留时间，结果见表3。

表3 出水水质指标Table 3 Effluent water quality indicators

由表3可知，在水力停留时间6 d的时候，A2O工艺出水的各项指标发生了变化，而SMBBR工艺出水的各项指标没有太大的变化，直到停留时间减到2 d时，SMBBR工艺出水的各项指标也开始发生变化，这表明SMBBR工艺的抗冲击负荷的能力较A2O工艺更强。

3 结论

(1)SMBBR工艺在进水COD浓度900～1 200 mg/L，氨氮浓度110～252 mg/L，pH为6～8，总磷浓度在5～6 mg/L，水力停留时间为10 d的情况下，系统出水COD始终低于200 mg/L，氨氮保持在8 mg/L左右，总磷浓度稳定在0.2 mg/L以下，对氨氮、COD及总磷的去除率分别在96%,80%,90%以上，达到了污水排放标准。

(2)SMBBR工艺具有抵抗恶劣环境的能力，在处理高盐、高氨氮农药废水时，具有稳定性好和去除率高的优点，有助于更好的处理我国的农药化工废水。

(3)与A2O处理工艺对比，SMBBR工艺具有去除率高、抗冲击负荷能力强等优势，同时也证明了SMBBR工艺是优于工厂现有的工艺，可以为工厂废水处理系统的升级改造提供可靠的数据支撑。