電流對SBBR法處理工業榨菜廢水的影響研究

劉江國 陳玉成

(1.重慶合川項目評審中心, 重慶 410520; 2.西南大學資源環境學院， 重慶 400716)

電流對SBBR法處理工業榨菜廢水的影響研究

劉江國1陳玉成2

(1.重慶合川項目評審中心, 重慶 410520; 2.西南大學資源環境學院， 重慶 400716)

為提高SBBR系統處理工業榨菜廢水能力，通入一定的電流，首先考察電流對COD的去除效果及SVI的變化情況，隨后考察不同電流強度對COD、TN及TP的去除效果的影響。結果表明：當HRT:12 h，厭氧/缺氧：2 h，曝氣：8 h，厭氧：1.5 h時，通入一定量的電流能提高SBBR系統對榨菜廢水的處理能力；當電流強度為50 mA時，對COD、TN及TP的去除效果性價比最高，去除率分別為78.96%、69.49%及62.81%，出水濃度達到GB 8978—1996《污水綜合排放標準》表2中的三類標準，為今后工業榨菜廢水處理提供了參考。

工業榨菜廢水；電流強度；SBBR

重慶是著名的榨菜之鄉，合川、涪陵、萬州等長江一線分布著數百家榨菜廠，每年將排出500萬t高有機物、高鹽、N、P的榨菜腌制廢水，而大多數廢水未經處理直接排入長江，給周邊環境及生態帶來嚴重污染和破壞。榨菜廢水屬于高鹽廢水中的一種，其處理方法主要有物化、生化、電化組合工藝或采用多種工藝組合。由于榨菜廢水成分復雜含有多種難降解物質，一般處理工藝很難達到治理效果，同時極易造成二次污染。王立[1]指出，物化-生物組合處理工藝對榨菜廢水處理具有較好效果。張永勝[2]指出，ASBBR反應器對COD的去除率達90%，同時對其它大分子物資具有較好的降解效果。李陽[3]向SBBR系統中通入一定量的電流處理城市污水，發現一定量的電流能提高系統的脫氮效率。李家詳等[4]采用兩級化學除磷+兩相厭氧+CASS工藝處理榨菜廢水，使排放出水達到綜合排放一級標準。本文以涪陵珍溪鎮吳家榨菜廠排放的榨菜廢水為研究對象，結合當地實際情況，嘗試采用電極SBBR系統對榨菜廢水進行處理。

1 材料與方法

1.1 試驗裝置

試驗裝置(圖1)由水箱、提升泵、人工控制系統及SBBR反應器組成。其中SBBR系統由4套規格(300 mm×250 mm×550 mm，有效容積35 L)相同的有機玻璃反應器并聯而成，每個反應器內置直徑為50 mm的半軟性纖維填料(生物載體)，材質為聚乙烯硬脂塑料，密度為每個反應器6支，電流由直流穩

定電源通過石墨電極板(0.05 m2)提供，間距為15 cm，每個反應器底部設置4個砂芯微孔曝氣頭。

1.配水箱 2.提升泵 3.流量計 4.進水口 5.排水口6.排泥口 7.石墨電極板 8.曝氣頭 9.曝氣泵10.直流電源 11.軟性填料圖1 試驗裝置

1.2 實驗材料

試驗污泥由重慶市北碚區污水處理廠氧化溝的好氧污泥接種重慶市涪陵區珍溪鎮吳家榨菜廠污水排放口底泥馴化而成；試驗用水取自重慶市涪陵區珍溪鎮吳家榨菜廠排放榨菜廢水，水質指標見表1。

表1 試驗水質指標

1.3 電極對SBBR系統的影響

2組(4套)SBBR系統均用北碚區污水處理廠氧化溝的好氧污泥及涪陵區珍溪鎮吳家榨菜廠污泥按1:1比例混合后，用低濃度榨菜廢水對其進行馴化，工藝為進水、厭氧、曝氣、沉淀、出水、閑置的方式進行，經過4.5個月后，污泥濃度控制在2 000～3 600 mg/L，DO濃度為5 mg/L，掛膜密度控制在30%，其中1組通入40 mA電流，另外一組不通入電流，再按工況(HRT:12 h，厭氧/缺氧：2 h，曝氣：8 h，厭氧：1.5 h)運行33 d，每天定期監測1次工藝的進出水COD濃度及污泥體積指數(SVI)，對2個系統進行對比，確定最佳工藝。

1.4 最佳電流的確定

確定工藝后，在確定的工況情況下，分別向反應器中通入20、50、80、100、120、160、250 mA電流的情況下，考察其對COD、TN及TP的去除效果。

2 結果與討論

2.1 電流對SBBR系統的影響

2.1.1 對COD的去除效果影響

按1.3中方式將污泥訓化約4.5月后，系統處于穩定狀態，此時污泥呈淺黃色，SV30保持在20%～30%，且COD去除率保持在63%以上，通過鏡檢可以看到很多螨游蟲、纖毛蟲及部分鐘蟲，表明掛膜成功，此時采用馴化成功的污泥，按工況(HRT 12 h，厭氧/缺氧 2 h，曝氣 8 h，厭氧 1.5 h)運行33 d， COD及污泥SVI的變化情況如圖2所示。

圖2 SBBR系統及電極SBBR對COD的去除效果比較

從圖2 可以看出，2套系統剛運行階段均處于穩定，COD的去除率隨運行時間的增加而增大，當電極SBBR運行到第6 d時，SBBR系統運行至第11 d時，對COD的去除效果均呈明顯下降的趨勢，這可能是由于系統中污染物對微生物的繁殖產生抑制作用，對處理系統產生一定沖擊，又加上電流強度的影響，部分微生物無法承受帶電流的高鹽環境導致細胞脫水死亡，所以電極-SBBR較SBBR系統早出現COD的去除率降低的狀況。隨后COD的去除率又呈現緩慢調整至穩定的階段，說明存活的微生物緩慢適應了當時的高鹽環境，在一定的鹽度條件下可以緩慢繁殖，隨后電極-SBBR對COD的去除效果整體比SBBR系統好，這可能是由于通入的電流，使碳COD發生電解，為氮源降解反硝化過程提供C源，加快了污染物的分解速率。當系統運行到一定階段后，2套系統均呈現出下滑的趨勢，可能是由于污泥未及時更新，隨時間的推移，污泥對水體中的鹽分在菌膠團的作用下形成吸附而導致富集，致使微生物細胞脫水而死亡，導致處理效果變差。

2.1.2 對SVI值的影響

從圖3 可以看出，2套系統的SVI值均處于穩定狀態，當SBBR系統運行至第12 d時，呈現出明顯的下降趨勢，這可能是由于菌膠團散落或細菌大量死亡，導致污泥絮凝體結構發生變化，而電極SBBR系統運行至第20 d時出現SVI值緩慢下降，但降幅較SBBR系統小些，系統運行至第33 d時，電極-SBBR系統SVI值依舊較SBBR系統高，結合圖2結果，充分表明對高鹽榨菜廢水的處理，電極SBBR系統比SBBR系統耐沖擊負荷強，在通有適當電流的情況下運行的穩定性更好。但是隨著時間的延長，SVI值依次呈下降趨勢，通過鏡檢發現，大而密實的污泥絮體緩慢變得疏松，大量絲狀菌群的范圍密度也在不均勻地縮小，這是由于榨菜廢水中，氯化鈉形成了累計對微生物的生長產生了抑制作用從而影響了污泥沉降性能SVI值[5]，隨鹽度的增加有可能會導致污泥的惡化，將處理系統破壞。

圖3 SBBR系統及電極-SBBR SVI的變化情況

從以上2套系統分別對COD的去除效果、SVI值的變化情況及系統運行的穩定性分析，可以看出電極-SBBR系統處理榨菜廢水比SBBR系統更好，抗沖擊負荷強。

2.2 最佳電流量的確定

2.2.1 電流強度對COD去除率的影響

從圖4可以看出，隨通入電流強度的增大，COD的去除效果呈現先增大后減小的趨勢，當電流強度達到80～120 mA時，COD的去除率較穩定，能保持在83%左右，但電流強度繼續增大，COD的去除率明顯降低，可能是由于電壓過大，超過了微生物生理極限 “被電死”導致系統效果差，因此對COD去除效果最佳電流強度為80 mA。

圖4 電流強度對COD去除率的影響

2.2.2 電流強度對TN去除率的影響

從圖5可以看出，TN的去除效果隨電流的加大呈先升高后降低的趨勢，當電流強度在50～120 mA時，TN的去除率從69.49%升高到73.36%，系統較穩定，此階段的脫氮原理可能是由于通入的電流電解出H2，這可以為自養反硝化菌提供電子，實現生物脫氮；同時還能刺激異養反硝化菌的新陳代謝，同時由于電解因素發生氧化還原分別為生物反硝化提供氮源，反應產生CO2溶于水，系統中電離出H2CO3、HCO3、H+、H2等向生物膜內擴散，又對系統內pH值起到一定的緩沖作用，保持系統微生物的活性[6]。這樣就間接地提高了SBBR系統的脫氮能力[7]。這就是自養反硝化菌在較低的電流密度條件下，能進行反硝化作用，并且保持較高的脫氮率的原因。當電流繼續增大時，TN的去除效果明顯降低，這是由于電流過大影響微生物的繁殖，因此可以說明電流強度對脫氮效果起著非常重要的作用，從處理效果及能耗的角度考慮，脫N的最佳電流強度是50 mA。

圖5 電流強度對TN去除率的影響

2.2.3 電流強度對TP去除率的影響

由圖6可以看出，當電流強度為50 mA時，系統對TP的去除效果最佳，達到了62.81%，隨后伴隨電流強度的增大而減小，當電流強度增大到250 mA時，系統對TP的去除率下降到了38.74%，這可能是系統里面電流過大，導致生物膜內的氫濃度過高，出現“氫抑制“現象[8]，也可能是電流強度已經超過了系統里面微生物的生存極限，一部分微生物生長受到抑制，另一部分微生物被電死。

綜上所述，可知電極-SBBR法處理榨菜廢水過程中，在通入一定電流的情況下使水中的鹽電解，同時C在水解情況下產生CO2，H2O在電解作用下產生H2，發生陰陽離子交換，在反硝化細菌作用下，將系統中NO3-還原為N2，在曝氣過程中通入O2的條件下，既可以為消化過程中提供碳源，使大分子有機物及鹽等難降解的污染物得到很好的降解[9]。又可對系統穩定起一定的調節作用，污泥絮體更加密實，通過生物膜的吸附及體統中麟的釋放達到有效除磷。綜合考慮電極-SBBR系統運行成本及對COD、TN及TP的去除效果，電流強度保持在50 mA效益最佳。

圖6 電流強度對TP去除率的影響

3 結論

(1) 通過SBBR系統在通電及未通電的運行情況，表明在通電情況下，SBBR系統對工業榨菜廢水的污染物處理效果更好，整個系統運行更加穩定。這主要是由于工業榨菜廢水成分復雜，污染物濃度高，屬于低碳高氮廢水，在高濃度鹽的抑制下，采用常規的生化處理會造成碳源不足，微生物難以馴化及系統不穩定等問題達不到理想處理效果，采用電極-SBBR系統在微電流的條件下可以促進污染物及C的電解，為脫氮的反硝化提供碳源，提高處理效果。

(2) 通過處理工藝的篩選及單因子反復試驗得出，當HRT:12 h，厭氧/缺氧：2 h，曝氣：8 h，厭氧：1.5 h時，通入電流(強度為50 mA)時，對COD、TN及TP的去除效果性價比最高，去除率分別為78.96%、69.49%及62.81%。出水濃度達到GB 8978—1996《污水綜合排放標準》表2中的三類標準，為當地環保主管部門提供污染防治依據及今后工業榨菜行業廢水處理提供參考。

(3) 榨菜廢水屬于較難處理的高鹽廢水中的一種，結合本試驗成果，有待進一步研究電極-SBBR法處理工業榨菜廢水中污泥顆粒的變化情況，廢水中污染物降解路徑及氯化鈉的轉移方式等，希望上述問題得以解決后盡快將相關成果投入到實際應用當中去，以解決當前難題。

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[3] 李陽，劉江國，陳玉成，等.電流對污水SBBR系統脫氮效能的影響[J].三峽環境與生態，2010,32(6):5-8.

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The effect of electric current on SBBR treatment of mustard wastewater

Liu Jiangguo1, Chen Yucheng2

(1.Assessment Center of Hechuan District Investment Projects, Chongqing 401520; 2. College of Resources & Environment , Southwest University, Chongqing 400716, China)

in order to improve the treatment ability of industrial mustard wastewater, current was introduced to the SBBR system. At first we maintained the current at a constant intensity to observe the removal rate of COD and changing trends of SVI, and then changed the current intensity to investigate the effect of current with different intensity on the removal rates of COD, TN and TP. The results showed that at the following conditions: HRT: 12 h, time interval of anaerobic/anoxic: 2 h, aeration: 8 h, and anaerobic: 1.5 h, the treatment effect of SBBR system for industrial mustard wastewater could be improved with a certain level of current introduced. And when the current density was set at 50 mA, the best cost-performance could be achieved for COD, TN and TP removal. The removal rates reached up to 78.96%, 69.49% and 62.81% respectively, and the 3 pollutants in the effluent could meet the class 3 standard of Table 2 in Integrated Wastewater Discharge Standard (GB8978-1996). The conclusion of this paper may provide reference for treatment of industrial mustard wastewater in the future.

industrial mustard wastewater; electric current; SBBR

215-04-22； 2015-05-12修回

劉江國，男，1984年生，工程師，研究方向：市政給排水。E-mail:ljg200401@163.com

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