移動床生物膜反應器預處理含酚廢水

羅倩儀，謝文玉，鐘 理

（1．華南理工大學 化學與化工學院，廣東 廣州 510640；2.廣東石油化工學院 環境工程系，廣東 茂名 525000）

汽提凈化水是石化廠對煉油廢水進行汽提凈化除氨、除硫后的出水，其中，主要的污染物為揮發酚。若將高揮發酚含量的汽提凈化水與其他廢水共同進入生化系統進行處理，將影響生化系統的穩定運行。因此，需將汽提凈化水先進行預處理，以減小其對生化系統的影響。

移動床生物膜反應器（MBBR）是一種好氧生物處理工藝［1-2］，兼具活性污泥法和生物接觸氧化法的優點。通過向反應器中加入一定量的懸浮載體，依靠曝氣和水流提升作用使載體處于流化狀態， 進而形成懸浮生長的活性污泥和附著生長的生物膜。微生物生長的環境為氣、液、固三相，整個反應器空間被充分利用。MBBR工藝具有生物量高、占地面積小、處理效率高、抗沖擊力強、動力消耗低等優點［3-4］。

本工作采用自行設計的具有內循環功能的MBBR預處理石化廠汽提凈化水，考察了HRT和DO對廢水中揮發酚和COD去除效果的影響，以期為高揮發酚含量廢水的處理提供參考。

1 實驗部分

1.1 材料和儀器

某石化廠汽提凈化水水質：ρ（揮發酚）=110～201 mg/L，COD=644～1 827 mg/L，BOD5/COD=0.15～0.69，pH=7.23～9.51。接種污泥：石化廠污水處理場二沉池中的好氧污泥。MBBR填料：聚乙烯材質，圓柱形，外徑25 mm，高10 mm，孔隙率大于90%，密度接近于水的密度。

HCA-100型COD消解器：江蘇姜堰市華晨儀器有限公司；TrakTMⅡ型BOD5測定儀：HACH公司；PHS-3B型精密pH計：上海精密科學儀器有限公司；便攜式溶解氧儀：HACH公司。

1.2 實驗裝置

自行開發的實驗裝置由兩級MBBR和一個二沉池組成，實驗裝置的結構見圖1。

圖1 實驗裝置的結構

兩級MBBR結構相同，由鎳鋼制成，兩級MBBR的總容積為6 m3，有效容積為5 m3。二沉池總容積為1.3 m3，有效容積為1.0 m3。向兩級MBBR中投入4 m3填料（即填料的填充比為0.8）。在兩級MBBR中各設置兩塊隔板，將反應器分為曝氣區和內循環區，MBBR內分區的示意圖見圖2。在曝氣區底部設置曝氣系統，通過曝氣充氧為微生物的生長和降解提供充足的溶解氧。廢水沿曝氣區提升，再經內循環系統，形成大水量內循環（反應器內水的循環量為進水量的15倍以上），填料隨水內循環運動，整個反應器處于曝氣充氧-反應降解的過程。

圖2 MBBR內分區的示意圖

1.3 實驗方法

1.3.1 掛膜馴化

采用接種掛膜方式，通過靜態和動態馴化方式進行微生物培養。先采用靜態培養，從石化廠煉油污水處理場二沉池中取250 L好氧污泥，分別加入到一級和二級MBBR中。采用間歇式小水量進水，靜態培養3 d后，開始以小流量連續進水，啟動動態馴化。在動態馴化期間，可以明顯看出附著在填料上生長的生物膜和懸浮活性污泥都有明顯的增加。當觀察到兩級MBBR中的微生物達到一定量時，對二級MBBR出水進行采樣測定，若揮發酚去除率達80%以上，則表明酚降解菌馴化完成。

1.3.2 HRT的確定

保持一級和二級MBBR的曝氣量為7～9 m3/h，將DO（用兩級MBBR中部廢水DO表征體系的DO）維持在1～3 mg/L。通過調節汽提凈化水進水量來調節HRT（以兩級MBBR的總HRT計，下同），考察HRT對COD去除率和揮發酚去除率的影響，以確定適宜的HRT。

1.3.3 DO的確定

在汽提凈化水進水量為0.5 m3/h、HRT為10 h的條件下，調節曝氣量，通過觀察生物膜顏色的變化以及進出水氣味的變化，考察DO對污染物去除效果的影響，以確定適宜的DO。

1.3.4 裝置連續運行實驗

在汽提凈化水進水量為0.5 m3/h、HRT為10 h、DO為1～3 mg/L的條件下，兩級MBBR連續穩定運行26 d， 測定進出水的COD、ρ（揮發酚）和BOD5，考察裝置連續運行期間污染物降解效果的穩定性。

1.4 分析方法

采用重鉻酸鉀法測定COD［5］；采用溴化容量法測定ρ（揮發酚）［6］；采用稀釋與接種法測定BOD5［7］；采用玻璃電極法測定廢水pH［8］；采用便攜式溶解氧儀測定廢水DO。

2 結果與討論

2.1 HRT對揮發酚去除率和COD去除率的影響

在DO為1～3 mg/L的條件下，HRT對揮發酚去除率的影響見圖3。由圖3可見：隨HRT的增大，揮發酚去除率增大；當HRT＜10 h時，HRT對揮發酚去除率的影響較顯著；當HRT＞10 h時，隨HRT的增大，揮發酚去除率增加不明顯。這是因為，當HRT較小時，污染物與生物膜接觸時間過短，揮發酚不能完全降解，揮發酚去除率較低；當HRT滿足微生物降解所需時間后，揮發酚去除率較高；當HRT=50 h時，揮發酚去除率達95%；但HRT過長會造成反應器內廢水的污染物濃度很低，微生物處于饑餓狀態，生長所需的營養物不足，生物活性下降，會出現大量微生物老化、死亡的現象。因此，適宜的HRT為10 h。

圖3 HRT對揮發酚去除率的影響

在汽提凈化水進量為0.5 m3/h、DO為 1～3 mg/L、HRT為10 h的條件下，HRT對COD去除率的影響見圖4。由圖4可見，隨HRT的增大，COD去除率增大，但COD去除率明顯低于揮發酚去除率。因為汽提凈化水中除了含有揮發酚以外，還含有硫酸鹽、磷酸鹽和氨等，COD的降低主要因為揮發酚的降解。

2.2 DO對污染物去除效果的影響

酚降解菌屬于好氧菌，DO對其生命活動有重要的影響作用［9］。在實驗過程中可以觀察到，當廢水DO為1～3 mg/L時，生物膜呈現棕褐色，處理后廢水的惡臭氣味比原廢水明顯減弱，揮發酚去除率高；當廢水DO小于1 mg/L時，生物膜呈現黑色，出水揮發酚濃度高，說明廢水中的溶解氧不足以滿足微生物生命活動的需要，微生物處于缺氧狀態，生物活性下降；當廢水 DO大于3 mg/L時，生物膜仍然呈現棕褐色，但會出現生物膜氧化脫落的現象，反應器中微生物的量減少，同時DO過大會造成浪費并增加運行費用。因此，適宜的DO為1～3 mg/L。

圖4 HRT對COD去除率的影響

2.3 裝置連續運行效果

在HRT為10 h、DO為1～3 mg/L的條件下，裝置連續運行，兩級MBBR處理前后廢水中揮發酚含量、COD及BOD5/COD見圖5～7。由圖5可見，進水中ρ（揮發酚）為110～201 mg/L，平均ρ（揮發酚）為146 mg/L，兩級MBBR處理后出水中ρ（揮發酚）為2.8～43.9 mg/L，平均ρ（揮發酚）為17.6 mg/L，揮發酚去除率達87.9%。由圖6可見，進水COD為644～1 827 mg/L，平均COD為1 107 mg/L，兩級MBBR處理后出水中COD為196～1 488 mg/L，平均COD為745 mg/L，COD去除率僅為32.7%。由圖7可見，兩級MBBR處理后出水的BOD5/COD高于進水，進水BOD5/COD平均為0.45，出水BOD5/COD平均為0.68，表明經過兩級MBBR處理后，廢水的可生化性有所提高，有利于廢水的后續生化處理。

圖5 兩級MBBR處理前后廢水的ρ（揮發酚）● 進水；■ 出水

圖6 兩級MBBR處理前后廢水的COD● 進水；■ 出水

圖7 兩級MBBR處理前后廢水的BOD5/COD■ 進水；■ 出水

3 結論

a）采用兩級MBBR預處理石化廠高揮發酚含量的汽提凈化水的適宜工藝條件為：HRT 10 h，DO 1～3 mg/L。

b）在HRT為10 h、DO 為1～3 mg/L的條件下，裝置連續運行處理ρ（揮發酚）為110～201 mg/L、COD為644～1 827 mg/L、BOD5/COD=0.15～0.69的廢水，兩級MBBR處理后出水平均ρ（揮發酚）為17.6 mg/L，揮發酚去除率達87.9%；平均COD為745 mg/L，COD去除率為32.7%；出水BOD5/COD平均為0.68，表明經過兩級MBBR處理后，廢水的可生化性有所提高，有利于廢水的后續生化處理。

［1］ Li Huiqiang，Han Hongjun，Du Maoan，et al. Removal of phenols，thiocyanate and ammonium from coal gasification wastewater using moving bed biofilm reactor［J］. Bioresour Technol，2011，102（7）：4667-4673.

［2］ Rusten B，Matteson E，Broch D A，et al. Treatment of pulp and paper industry wastewater in novel moving bed biofilm reactors ［J］. Water Sci Technol，1994，30（3）：71-161.

［3］ 王榮昌，文湘華，錢易.流動床生物膜反應器在污水處理中的應用研究現狀［J］.環境污染治理技術與設備，2003，4（7）：79-85.

［4］ 柴社立，蔡晶. 移動床生物膜反應器及其應用［J］. 上海環境科學，2004，23（6）：257-260.

［5］ 北京市化工研究院. GB/T 11914—1989 水質 化學需氧量的測定 重鉻酸鹽法［S］. 北京：中國標準出版社，1989.

［6］ 大連市環境監測中心. HJ 502—2009 水質 揮發酚的測定 溴化容量法［S］. 北京：中國環境科學出版社，2009.

［7］ 沈陽市環境監測中心站. HJ 505—2009 水質 五日生化需氧量（BOD5）的測定 稀釋與接種法［S］. 北京：中國環境科學出版社，2009.

［8］ 北京市環境保護監測中心. GB 6920—86 水質 pH值的測定 玻璃電極法［S］. 北京：中國標準出版社，1986.

［9］ 鐘華文，謝文玉，李德豪，等. ABR-BAF組合工藝處理制革綜合廢水［J］. 環境工程，2011，29（2）：1-4.