馮慧桃，常雁紅，羅 暉，馬三劍，張欣欣，宋 韜

(1.北京科技大學(xué) 土木與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083;2.北京科技大學(xué) 化學(xué)與生物工程學(xué)院，北京 100083 3.蘇州科技學(xué)院 環(huán)保應(yīng)用技術(shù)研究所，江蘇 蘇州 215011;4.北京世紀(jì)泰寶環(huán)境技術(shù)開發(fā)有限公司，北京100085)

UASB—SBR工藝處理阿維菌素廢水

馮慧桃1，常雁紅1，羅 暉2，馬三劍3，張欣欣3，宋 韜4

(1.北京科技大學(xué) 土木與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083;2.北京科技大學(xué) 化學(xué)與生物工程學(xué)院，北京 100083 3.蘇州科技學(xué)院 環(huán)保應(yīng)用技術(shù)研究所，江蘇 蘇州 215011;4.北京世紀(jì)泰寶環(huán)境技術(shù)開發(fā)有限公司，北京100085)

采用UASB—SBR組合工藝處理阿維菌素廢水，考察了UASB反應(yīng)器和SBR反應(yīng)器中COD的去除效果。UASB反應(yīng)器穩(wěn)定運行階段，當(dāng)進(jìn)水COD為9 210 mg/L、容積負(fù)荷為9.21 kg/(m3·d)時，COD去除率穩(wěn)定在85%左右。SBR反應(yīng)器穩(wěn)定運行階段，當(dāng)進(jìn)水COD為1 010 mg/L、容積負(fù)荷為1.01 kg/(m3·d)時，出水COD在300 mg/L以下，COD去除率約為75%。出水COD達(dá)到GB8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》的二級排放標(biāo)準(zhǔn)。

上流式厭氧污泥床(UASB);序批式反應(yīng)器(SBR);阿維菌素;化學(xué)需氧量;廢水處理

阿維菌素是一種新型十六元大環(huán)內(nèi)酯類殺蟲殺螨抗生素，以淀粉、液糖、黃豆餅粉及酵母膏等為原料經(jīng)生物發(fā)酵制得，是許多農(nóng)藥的替代品［1］。阿維菌素生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量廢水，主要成分為發(fā)酵殘存的培養(yǎng)基、菌絲體、發(fā)酵過程中產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物及少量的阿維菌素。該廢水成分較為復(fù)雜，有機物濃度高，毒性大，色度深，屬于難處理高濃度有機廢水［2］。

陳元彩等［3］采用預(yù)處理—厭氧水解—二段接觸氧化工藝處理阿維菌素廢水，出水COD降至557 mg/L。李再新等［4］采用鐵炭內(nèi)電解—UASB—生物接觸氧化工藝處理阿維菌素廢水，當(dāng)進(jìn)水COD為6 000～6 500 mg/L時，出水 COD達(dá)250～280 mg/L。Huang等［5］實驗發(fā)現(xiàn)，阿維菌素廢水經(jīng)厭氧和物化處理后，COD、總氮質(zhì)量濃度和總磷質(zhì)量濃度分別降至550～650，130～160，1 mg/L。

UASB—SBR工藝具有投資少、操作簡單、運行費用低和系統(tǒng)穩(wěn)定性好等優(yōu)點［6－10］，實際工程中用于處理多種廢水均取得較好的效果。

本工作采用UASB—SBR工藝處理阿維菌素廢水，取得了較好的效果，可為實際工程提供理論參考。

1 實驗部分

1.1 廢水水質(zhì)和試劑

阿維菌素廢水取自山東省某化工廠，水質(zhì)見表1。實驗所用試劑均為分析純。

1.2 實驗裝置和儀器

UASB反應(yīng)器內(nèi)徑為90 mm，高700 mm，其中三相分離器高度為80 mm，總有效容積為3 L。反應(yīng)器放置在中溫恒溫水浴中，溫度控制在(35±2)℃。接種污泥取自無錫市某檸檬酸廠內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器的顆粒污泥，大部分呈黑色，粒徑均勻，接種污泥量為45 kg/m3，接種污泥體積約為UASB反應(yīng)器容積的1/3。

SBR反應(yīng)器高40 cm，直徑12 cm，有效容積3 L。接種污泥為蘇州市某污水處理廠氧化溝污泥，接種量為SBR反應(yīng)器容積的1/2。

表1 阿維菌素廢水水質(zhì) mg/L

AUY120型電子天平:日本島津公司;PHS－3H型玻璃電極pH計:上海精密科學(xué)儀器有限公司;721G型可見分光光度計:上海精密科學(xué)儀器有限公司;UV－7504型紫外－可見分光光度計:上海順茂儀器有限公司;QXi315i/SET型溶解氧儀:德國WTW公司;LML－1型濕式氣體流量計:長春濾清器有限責(zé)任公司。

1.3 實驗方法

阿維菌素廢水經(jīng)過計量泵由UASB反應(yīng)器底部注入，處理后的廢水從UASB反應(yīng)器上部溢流出水，產(chǎn)生的沼氣從UASB反應(yīng)器頂部排出。實驗中按照COD ∶m(N)∶m(P)=(200～350)∶5 ∶l的比例向反應(yīng)器內(nèi)加入碳酸氫銨和磷酸二氫鉀，同時加入一定量的微量元素。微量元素質(zhì)量濃度見表2［11］。用碳酸氫鈉、氫氧化鈉、醋酸等調(diào)節(jié)進(jìn)水pH為7～8。

表2 微量元素的質(zhì)量濃度

將經(jīng)過UASB反應(yīng)器穩(wěn)定運行處理后的廢水用自來水稀釋，泵入SBR反應(yīng)器，由電磁閥控制出水，進(jìn)水量和曝氣時間等均為自動控制，每天進(jìn)水3次，每次進(jìn)水1 L，反應(yīng)周期為8 h，根據(jù)實驗情況適當(dāng)調(diào)整。SBR反應(yīng)器進(jìn)水30 min，曝氣240 min，攪拌30 min，沉淀120 min，排水30 min，閑置30 min。

1.4 分析方法

采用重鉻酸鉀法測定 COD［12］;采用玻璃電極法測定 pH;采用分光光度法測定 ρ(NH3－N)、ρ(NO－3－N)、ρ(NO－2－N)和TP;采用硝酸銀滴定法測定ρ(Cl－);采用重量法測定ρ(SO2－4);采用蒸餾滴定法測定c(揮發(fā)性有機酸(VFA));采用電位滴定法測定總堿度。

2 結(jié)果與討論

2.1 UASB反應(yīng)器的運行情況

2.1.1 UASB 反應(yīng)器的啟動

在UASB反應(yīng)器運行初期，為了增加反應(yīng)器中微生物的活性，先用啤酒－自來水配制進(jìn)水培養(yǎng)厭氧污泥，進(jìn)水COD為1 000 mg/L，5 d后進(jìn)阿維菌素廢水。啟動階段為20 d，每天進(jìn)水3 L，COD從490 mg/L穩(wěn)步提高至2 400 mg/L，容積負(fù)荷由0.49 kg/(m3· d)增加至 2.40 kg/(m3· d)。UASB反應(yīng)器啟動階段COD的變化情況見圖1。

由圖1可見:啟動初期，COD去除率較低，約為60%;啟動第6天時，COD去除率達(dá)到87%;啟動第14～20天時，COD去除率穩(wěn)定在90%左右，出水COD在200 mg/L以下，說明UASB反應(yīng)器對該廢水有很好的適應(yīng)性，啟動成功。啟動運行期間，出水中ρ(VFA)約為3 mg/L。

2.1.2 UASB反應(yīng)器容積負(fù)荷的提升

每當(dāng)反應(yīng)器穩(wěn)定運行2～3 d后提升容積負(fù)荷。UASB反應(yīng)器容積負(fù)荷提升階段COD的變化情況見圖2。由圖2可見:容積負(fù)荷從2.50 kg/(m3·d)增加到 9.21 kg/(m3·d);容積負(fù)荷提升階段進(jìn)水COD從2 500 mg/L提升至9 210 mg/L，隨著進(jìn)水COD的提高，COD去除率略有下降;當(dāng)UASB反應(yīng)器容積負(fù)荷達(dá)到9.21 kg/(m3·d)時，出水 COD為 1 452 mg/L，COD去 除 率為84%。

圖2 UASB反應(yīng)器容積負(fù)荷提升階段COD的變化情況

2.1.3 UASB反應(yīng)器的穩(wěn)定運行

UASB反應(yīng)器穩(wěn)定運行階段進(jìn)水COD維持在9 210 mg/L左右，進(jìn)水量為3 L/d，水力停留時間為24 h。運行15 d后，出水COD穩(wěn)定在1 400 mg/L左右，COD去除率穩(wěn)定在85%左右。反應(yīng)器運行穩(wěn)定，對阿維菌素廢水有較好的適應(yīng)性。

2.1.4 UASB反應(yīng)器出水中c(VFA)的變化

負(fù)荷提升階段至完全回流階段 c(VFA)和COD去除率的變化情況見圖3。由圖3可見，負(fù)荷提升階段至完全回流階段c(VFA)逐漸增大，COD去除率較穩(wěn)定，后期減小。UASB反應(yīng)器出水的pH維持在7.8左右，反應(yīng)器運行良好，未出現(xiàn)有機酸積累現(xiàn)象［13］。

2.1.5 UASB反應(yīng)器出水總堿度的變化

在啟動階段和負(fù)荷提升階段，UASB反應(yīng)器出水總堿度維持在3 000 mg/L左右，出水pH在7.8左右;完全回流階段系統(tǒng)總堿度約為6 000 mg/L，出水pH在8.3左右。系統(tǒng)的pH和總堿度都比較高，對酸性物質(zhì)有較好的緩沖能力。體系堿度高是因為反應(yīng)過程中產(chǎn)甲烷階段順利進(jìn)行，VFA被產(chǎn)甲烷菌消耗而不會積累，而在厭氧發(fā)酵過程中，產(chǎn)生的碳酸氫鹽提高了堿度。另外，由于廢水中含有大量的有機發(fā)酵液，在厭氧消化過程中，甲胺的甲烷化以及氨基酸、蛋白質(zhì)及其他含氮有機物的降解都會產(chǎn)生游離氨。游離氨是厭氧反應(yīng)體系中的致堿物質(zhì)，會增加系統(tǒng)的堿度［14］。

圖3 負(fù)荷提升階段至完全回流階段出水c(VFA)和COD去除率的變化情況

2.2 SBR反應(yīng)器的運行情況

先采用啤酒－自來水配制的質(zhì)量濃度為200 mg/L的溶液對SBR反應(yīng)器中的好氧活性污泥進(jìn)行培養(yǎng)。運行5 d后，將UASB反應(yīng)器處理后的阿維菌素廢水稀釋10倍后打入SBR反應(yīng)器中，出水COD在50 mg/L以下，好氧污泥活性良好。通過增大廢水比例將進(jìn)水COD由220 mg/L逐步提高至1 010 mg/L。曝氣階段 DO 為 0.5 ～2.0 mg/L，呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢，這是因為，廢水剛進(jìn)入SBR反應(yīng)器時，體系中的有機物濃度很高，微生物利用有機物進(jìn)行代謝，此過程耗氧速率大于供氧速率，DO下降;隨著體系中有機物逐漸被降解，耗氧速率開始低于供氧速率，DO逐漸上升。

SBR反應(yīng)器中COD的變化情況見圖4。由圖4可見:經(jīng)過培養(yǎng)，活性污泥對該廢水已有了一定的適應(yīng)性，進(jìn)水COD從300 mg/L提高至1 010 mg/L，容積負(fù)荷從 0.22 kg/(m3·d)逐步提高至1.01 kg/(m3·d)，并穩(wěn)定運行，COD 去除率穩(wěn)定在75%左右，出水 COD在 300 mg/L以下，達(dá)到GB8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》的二級排放標(biāo)準(zhǔn)［15］。

圖4 SBR反應(yīng)器中COD的變化情況

3 結(jié)論

a)采用UASB反應(yīng)器處理阿維菌素廢水，進(jìn)水COD 為9 210 mg/L，有機負(fù)荷為 9.21 kg/(m3·d)，COD去除率達(dá)85%左右。

b)經(jīng)過UASB反應(yīng)器處理的廢水進(jìn)入SBR反應(yīng)器穩(wěn)定運行后，進(jìn)水有機負(fù)荷為1.01 kg/(m3·d)，進(jìn)水COD為1 010 mg/L，出水COD在300 mg/L以下，COD去除率約為75%。

c)采用該UASB—SBR工藝處理阿維菌素廢水，出水COD達(dá)到GB8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》的二級排放標(biāo)準(zhǔn)。

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Treatment of Avermectin Wastewater by UASB-SBR Process

Feng Huitao1，Chang Yanhong1，Luo Hui2，Ma Sanjian3，Zhang Xinxin3，Song Tao4

(1.Civil and Environmental Engineering School，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China;2.School of Chemical and Biological Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China;3.Institute of Environmental Protection Applied Technology，Suzhou University of Science and Technology，Suzhou Jiangsu 215011，China;4.Beijing Century Taibao Environmental Technology Development Co Ltd，Beijing 100085，China)

The avermectin wastewater was treated by UASB-SBR process and the COD removal effects of the two reactors were studied.In the stable running stage of the UASB reactor，when the influent COD is 9 210 mg/L and the volume loading is 9.21 kg/(m3d)，the COD removal rate is kept at 85%.In the stable running stage of the SBR reactor，when the influent COD is 1 010 mg/L and the volume loading is 1.01 kg/(m3d)，the effluent COD is 300 mg/L with 75%of removal rate，which can meet the second grade discharge standard of GB8978－1966.

up-flow anaerobic sludge bed(UASB);sequencing batch reactor(SBR);avermectin;chemical oxygen demand;wastewater treatment

X703

A

1006－1878(2011)05－0440－04

2011－05－23;

2011－06－13。

馮慧桃(1987—)，男，江蘇省泰州市人，碩士生，研究方向為廢水處理。電話 13581915905，電郵fenghuitao2005@163.com。聯(lián)系人:常雁紅，電話 010－62333292，電郵 yhchang0512@yahoo.com.cn。

(編輯 祖國紅)