化工制藥廢水處理一直是廢水處理的一個難點(diǎn)，其具有成分復(fù)雜、各種有機(jī)物含量高、含鹽量高等特點(diǎn)。目前，化工制藥廢水一般是經(jīng)過預(yù)處理后再進(jìn)入生化處理系統(tǒng)，但生化處理后的外排水也往往存在水質(zhì)不穩(wěn)定的情況。為此，廢水生化體系的運(yùn)行過程中也離不開必要的工藝優(yōu)化。
眾所周知，廢水的可生化性反映了廢水中有機(jī)污染物被生物降解的難易程度，是工程設(shè)計的重要依據(jù)，也是廢水生化系統(tǒng)運(yùn)行中工藝優(yōu)化的重要參數(shù)，因此，如何評價廢水的可生化性就變得十分重要。BOD5/CODCr比值法是最經(jīng)典、也是目前最為常用的一種評價廢水可生化性的方法。然而，由于在BOD及COD的測定過程中廢水被稀釋了很大的倍數(shù)，從幾十倍到幾百倍不等，與實際的廢水生化系統(tǒng)中COD濃度水平相距甚遠(yuǎn)，不可避免地會給評價結(jié)果帶來干擾。因此，當(dāng)采用廢水的B/C作為評價廢水可生化性的依據(jù)時，在實際工程應(yīng)用中常常會出現(xiàn)偏差。為了更好地為廢水治理工程設(shè)計與廢水生化系統(tǒng)運(yùn)行中的工藝優(yōu)化提供指導(dǎo)，尋找一種能與實際生化系統(tǒng)具有較高模擬度的廢水可生化性的評價方法具有十分重要的意義。
本研究設(shè)計了1個模擬實際生化處理池的廢水生化裝置，采用瓦式呼吸儀的反應(yīng)瓶作為生化微反應(yīng)器，同時結(jié)合廢水生化體系的多要素對評價廢水可生化性的方法進(jìn)行了初步的探討。實際上，除了B/C比值法作為常用的可生化性評價方法之外，也有許多學(xué)者在這方面進(jìn)行了研究，如左靜提到用GC-MS法通過分析廢水中有機(jī)物的組成來推斷其可生化性能，宋秀娟等用相對耗氧速率法來評價幾種工業(yè)廢水的可生化性，都能在一定程度上反映廢水的可生化性。然而，采用生化微反應(yīng)器并結(jié)合廢水生化體系的多要素，對廢水可生化性的測定方法所做的研究尚未見文獻(xiàn)報道。
一、材料與方法
1.1 實驗裝置
SKW-3型微量呼吸檢壓儀(瓦式呼吸儀)，上海大學(xué)研制生產(chǎn)，模擬生物流化床工藝的裝置1套，見圖1。
模擬生物流化床工藝裝置的原理：首先，在生物流化床主體內(nèi)裝入自來水至容積的3/4，生物流化床主體與循環(huán)泵通過進(jìn)水管和出水管道相連，進(jìn)水管道位于出水管道上方，打開循環(huán)泵，調(diào)節(jié)進(jìn)水管道閥門和出水管道閥門，可使生物流化床主體內(nèi)處于循環(huán)流動的狀態(tài)，再加入可懸浮的填料，如小塊海綿、小懸浮球，然后再加入待檢測的廢水，循環(huán)0.5~1h后，加入預(yù)先馴化好的污泥，將微生物菌種加入生物流化床主體內(nèi)，然后開啟氣泵，生物流化床主體與氣泵通過曝氣管相連，打開氣泵，調(diào)節(jié)氣體轉(zhuǎn)子流量計和曝氣閥門，可使生物流化床主體內(nèi)廢水處于持續(xù)曝氣的狀態(tài)，控制溶解氧在2~4mg/L范圍內(nèi)。
1.2 耗氧量的測定方法
耗氧量的測定方法：
(1)根據(jù)需要取一定數(shù)量清潔干燥的反應(yīng)瓶及檢壓管，檢壓管中裝好布洛氏溶液備用，檢壓管安排情況見表1(每組設(shè)置2個平行樣)。
(2)將檢壓管磨砂接頭涂上凡士林，塞入反應(yīng)瓶瓶口，以牛皮筋拉緊使之密封，放入微量呼吸檢壓儀的恒溫水槽(溫度設(shè)定為32℃)中，使檢壓管閉管與大氣相通，振搖5min，使反應(yīng)瓶內(nèi)溫度與水溫一致。
(3)調(diào)節(jié)各檢壓管中檢壓液的液面至刻度150mm處，然后迅速關(guān)閉各管頂部的三通，使之與大氣隔斷，記錄各檢壓管中閉管液面讀數(shù)(此值應(yīng)在150mm附近)，再開啟微量呼吸檢壓儀振搖開關(guān)，此時刻為呼吸耗氧實驗的開始時刻。
(4)在開始試驗后的0、0.25、0.5、0.75、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、6.5h，關(guān)閉振搖開關(guān)，調(diào)整各檢壓管閉管液位至150mm處，并記錄開管液位讀數(shù)。
(5)停止試驗后，取下反應(yīng)瓶及檢壓管，擦凈瓶口及磨砂接頭上的凡士林，倒去反應(yīng)瓶中液體，用清水沖洗后置于肥皂水中浸泡，再用清水沖洗后以洗液浸泡過夜，洗凈后置于55℃烘箱內(nèi)烘干后備用。
(6)耗氧量的計算過程：
1.3 實驗水質(zhì)
耐鹽菌種由上海埃格環(huán)?？萍加邢薰咎峁嶒炗盟∽陨虾Ｄ持扑幓て髽I(yè)的高鹽廢水，具體水質(zhì)情況見表2。
1.4 水質(zhì)分析方法
實驗水樣的水質(zhì)指標(biāo)監(jiān)測主要參考國家環(huán)境保護(hù)局葉水和廢水監(jiān)測分析方法曳(第四版)也5頁進(jìn)行，檢測項目主要有：SS、SV30、DO、電導(dǎo)率、BOD、COD、氨氮、TP。
SS檢測方法采用重量法，SV30檢測方法為取100mL泥水混合液于量筒中沉降30min后，計算污泥所占的體積百分比，DO檢測采用JPB-607A便攜式溶解氧測定儀，電導(dǎo)率檢測采用SX713型測量儀，BOD檢測方法采用五日生化法，COD檢測方法采用重鉻酸鉀法，氨氮檢測方法采用納氏試劑分光光度法，TP檢測方法采用鉬酸銨分光光度法。
二、結(jié)果與討論
2.1 特殊菌種對廢水COD去除率的影響
實際工程的運(yùn)行經(jīng)驗表明，對于一些難降解的化工制藥廢水，特殊菌種的使用對于廢水COD的去除起到非常重要的作用。為此，本研究采用2種不同的菌種對同一種廢水A進(jìn)行了生化實驗對比，以考察其COD去除情況。實驗中2組生化裝置控制相同的初始狀態(tài)，SV30為16%，DO為3.4mg/L，所用廢水的B/C為0.16，分別測定2個生化桶在換水后24h和48h時的COD，結(jié)果見圖2。
由圖2可見，在同一種廢水的對比生化實驗中，不同菌種的COD去除能力是迥然不同的，菌種a對實驗所用廢水的COD有明顯的去除效果，在處理前廢水COD為5521.8mg/L的條件下，24hCOD的去除率達(dá)到14.8%，而菌種b在類似條件下對該廢水的COD幾乎沒有去除。由此可見，即使是一種B/C很低的廢水，若能使用對癥的特殊菌種，COD去除率是可以提高的。
2.2 生化池菌種對廢水可生化性的影響
菌種作為生化體系的要素之一，對廢水可生化的程度起到至關(guān)重要的作用，為此，以2.1中的2個生化裝置作為研究對象，采用瓦式呼吸儀的反應(yīng)瓶作為生化微反應(yīng)器，對廢水可生化性的檢測方法進(jìn)行了探討。與常規(guī)的瓦式呼吸儀測定法不同的是，本研究中所用的樣品不進(jìn)行泥水分離處理，而是直接從生化裝置中取泥水混合液進(jìn)行測試，以使微反應(yīng)器中的樣本更接近實際生化體系。
實驗中設(shè)置2個裝有廢水A的生化桶，桶內(nèi)分別加入與2.1中同樣的預(yù)先已馴化好的生化菌種a、b，對生化桶進(jìn)行曝氣，正常運(yùn)行1d后，同時進(jìn)行換水，換水24h后同時取樣，測定耗氧量。取樣時，菌種a、b所在2個桶的SS分別為8380、8562mg/L，DO控制在3.2~3.5mg/L范圍內(nèi)，SV30分別為15%、13%。2個生化裝置取樣檢測微反應(yīng)器中微生物的呼吸量隨時間的變化曲線見圖3。
由圖3可知，無論是菌種a還是菌種b所在的生化桶，菌泥樣品中微生物的呼吸量與反應(yīng)時間基本上都是線性相關(guān)的規(guī)律。菌種a的耗氧量隨時間的增長趨勢明顯大于菌種b，微反應(yīng)器中反應(yīng)6h后，菌種a的累積生化呼吸耗氧量達(dá)到35.8μg，幾乎是菌種b累積生化呼吸耗氧量的2倍，使用菌種a的生化裝置中廢水COD的去除效果大大優(yōu)于使用菌種b的生化裝置，與2.1的實驗結(jié)果一致。為此，對圖3中曲線做回歸分析得出，菌種a、b的生化呼吸曲線的斜率Ksa、Ksb分別為5.9、3.0，顯然，Ks的高低在很大程度上與生化系統(tǒng)中COD的去除效果相對應(yīng)，較好地表征了廢水中污染物可被降解的程度。因此，本研究將微生物的生化呼吸曲線的斜率定義為生化呼吸指數(shù)(Ks)，用來表征廢水的可生化性。
2.3 生化池SS對廢水可生化性的影響
生化池的SS在一定程度上可以代表生化池的微生物濃度，因此SS是系統(tǒng)評價廢水可生化性時需要考慮的重要因素。在實際工程中，好氧生化池的SS一般控制在2000~4000mg/L的范圍內(nèi)，但有一些工業(yè)廢水的生化池會適當(dāng)提高SS來強(qiáng)化COD的去除，特別是在生物流化床之中，SS常?？刂圃谳^高的水平，如6000~8000mg/L。因此本研究設(shè)置6個不同SS的廢水B的生化桶，配制SS分別為2000、3000、4000、5000、6000、8000mg/L，對SS的影響進(jìn)行考察，桶內(nèi)均加入預(yù)先已馴化好的同種耐鹽菌，對生化桶進(jìn)行曝氣，正常運(yùn)行1d后，同時進(jìn)行換水，在換水24h后分別取水樣進(jìn)行實驗，分別對6個桶的Ks進(jìn)行測定，廢水的溶解氧控制在3.2~3.6mg/L范圍內(nèi)，SV30控制在18%~20%，實驗結(jié)果見圖4。
由圖4可知，隨著SS的增加，Ks呈現(xiàn)線性上升趨勢，這是因為在其他條件相同的情況下，隨著SS的增加，生化裝置中微生物濃度提高，廢水中COD可被降解的量也相應(yīng)增加的緣故。
2.4 廢水B/C對廢水Ks的影響
為研究廢水的B/C對廢水生化體系Ks的影響，實驗中設(shè)置4個分別裝有廢水C、D、E、F的生化桶，B/C分別為0.25、0.33、0.38、0.29，桶內(nèi)均加入預(yù)先已馴化好的同種耐鹽菌，對生化桶進(jìn)行曝氣，正常運(yùn)行1d后，同時進(jìn)行換水，換水24h后同時取樣，開始耗氧量的測定。取樣時4個桶的SS、DO、SV30分別控制在8375~8560mg/L、3.2~3.6mg/L、15%~20%范圍內(nèi)，結(jié)果表明，廢水C、D、E、F的Ks分別為3.3、6.6、7.6、4.7。由此可見，在生化體系的其他條件基本相同的情況下，Ks的大小與B/C基本上呈對應(yīng)的關(guān)系。
2.5 Ks和B/C對生化反應(yīng)的模擬程度對比
為對比廢水的Ks與B/C對生化體系中廢水可生化性的模擬度，本研究在實驗中設(shè)置裝有B/C分別為0.30和0.32的2種廢水G、H的生化桶中，均預(yù)先加入同種已馴化好的耐鹽菌種，維持曝氣，正常運(yùn)行1d后，同時換水，換水24h后同時取樣，測定Ks。廢水G、H的SS分別為8868、8598mg/L，DO控制在3.6~3.8mg/L范圍內(nèi)，SV30分別為22%和25%，結(jié)果見圖5。
由圖5可見，在B/C相近的2種不同廢水的生化實驗中，即使用相同的菌種測定Ks，有時也會完全不同，廢水G、H的Ks分別為4.3和8.3，這是由于B/C相近的2種廢水，在實際生化系統(tǒng)中的可被降解性發(fā)生改變的緣故。由此可見，本研究提出的Ks比廢水的B/C更能表征一個生化體系中廢水實際的可生化性，這是由于Ks同時結(jié)合了廢水生化體系中廢水特性、菌種、SS和COD水平等多個要素的緣故。
2.6 Ks與COD容積負(fù)荷的關(guān)系
一般情況下，短時間內(nèi)COD的去除率是判斷廢水中污染物可被降解難易程度的重要依據(jù)之一，因此在廢水生化系統(tǒng)中，可以采用容易檢測的COD容積負(fù)荷作為評價廢水是否可生化的重要依據(jù)之一。為探討Ks與廢水可生化性之間的關(guān)系，在實驗中設(shè)置了9個COD去除效果不同的生化桶，分別裝有不同的廢水，均預(yù)先加入同種已馴化好的耐鹽菌種，維持曝氣，正常運(yùn)行1d后，同時進(jìn)行換水，換水24h后同時取樣，測定Ks與容積負(fù)荷。取樣時9個桶的DO和SV30分別控制在3.0~3.5mg/L、15%~20%范圍內(nèi)，剛換完水后的COD、SS分別控制在4500~5500mg/L、5000~6000mg/L范圍內(nèi)，實驗結(jié)果見圖6。
由圖6可知，隨著Ks的增加，裝置中廢水生化處理的COD容積負(fù)荷幾乎呈直線上升，另一方面，城市污水廠好氧生化池的COD容積負(fù)荷一般可以達(dá)到0.3~0.4kg/(m3•d)左右，因此筆者認(rèn)為將曲線中COD容積負(fù)荷達(dá)到0.2kg/(m3•d)的點(diǎn)作為臨界點(diǎn)是比較合理的。當(dāng)COD容積負(fù)荷達(dá)到0.2kg/(m3•d)時，廢水的Ks大<為5.0，所以不妨把Ks=5.0作為評價廢水可生化性的判定值。即當(dāng)Ks<5.0時，表明這種廢水的可生化性比較差，當(dāng)Ks≥5.0時，表明這種廢水的可生化性比較好。
三、結(jié)論
(1)通過同一種生化廢水的對比實驗，發(fā)現(xiàn)對于B/C很低的廢水，使用對癥的特殊菌種可在一定程度上提高廢水的COD去除率，通過進(jìn)一步對不同菌種耗氧量的測定發(fā)現(xiàn)，對癥的特殊菌種耗氧量也較高，對生化呼吸線進(jìn)行回歸分析，發(fā)現(xiàn)在相同HRT的情況下，廢水COD去除率的高低與生化呼吸線的斜率呈對應(yīng)關(guān)系，因此，本研究提出了一種廢水可生化性的檢測方法，并將測定的指標(biāo)(生化呼吸線的斜率)定義為生化呼吸指數(shù)(Ks)。
(2)通過測定不同SS廢水中微生物的耗氧量發(fā)現(xiàn)，在一定范圍內(nèi)，Ks是隨著SS的增加呈線性上升趨勢的。因此在實際廢水生化系統(tǒng)的運(yùn)行工藝中，可以適當(dāng)提高生化池的SS，從而達(dá)到優(yōu)化廢水生化系統(tǒng)運(yùn)行工藝的目的。
(3)通過對比不同B/C廢水的Ks，發(fā)現(xiàn)在其他條件基本相同的生化體系中，Ks的大小與B/C基本上呈現(xiàn)對應(yīng)的關(guān)系。
(4)通過B/C相近的2種不同廢水的生化實驗，發(fā)現(xiàn)Ks比B/C更能表征一個生化系統(tǒng)中廢水實際的可生化性，這是因為Ks用來評價廢水可生化性時結(jié)合了廢水特性、菌種、SS和COD水平等多個要素。
(5)通過對比不同廢水生化的COD容積負(fù)荷與Ks發(fā)現(xiàn)，隨著Ks的增加，裝置中廢水生化處理的COD容積負(fù)荷幾乎呈直線上升，與實際廢水處理工程相結(jié)合，將COD容積負(fù)荷達(dá)到0.2kg/(m3•d)時對應(yīng)的Ks=5.0作為評價廢水可生化性的判定值較為合理，即，當(dāng)Ks<5.0時，表明這種廢水的可生化性比較差，當(dāng)Ks≥5.0時，表明這種廢水的可生化性比較好。( >
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