腈綸廢水生化處理的生物載體特性

張小娟 李杰 周岳溪 蔣進(jìn)元 宋玉棟(1.陜西延長(zhǎng)中煤榆林能源化工有限公司，陜西 靖邊 718500；

2. 蘭州交通大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；3. 中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院，北京 100012)

0 引言

化纖產(chǎn)業(yè)是當(dāng)今發(fā)展迅速的化學(xué)工業(yè)之一，其產(chǎn)生的化纖廢水有機(jī)物量高，含芳香族物且酸度高，屬難降解工業(yè)廢水[1]。尤其是腈綸廢水可生化性差，直接排放將會(huì)對(duì)受納水體及周邊環(huán)境造成嚴(yán)重污染[2-3]。目前腈綸廢水采用生物處理，但由于廢水毒性大、沖擊負(fù)荷高，容易發(fā)生污泥流失和運(yùn)行不穩(wěn)定問題。此外腈綸廢水脫氮所需要的硝化細(xì)菌生長(zhǎng)緩慢，污泥一旦流失，短時(shí)間內(nèi)較難恢復(fù)。生物接觸氧化法是具有活性污泥法特點(diǎn)的生物膜法，由于反應(yīng)器內(nèi)安裝了生物載體，有利于硝化細(xì)菌等生長(zhǎng)緩慢的微生物附著生長(zhǎng)，從而提高了工藝的處理負(fù)荷和運(yùn)行穩(wěn)定性，適合用于腈綸廢水的處理[4]。生物載體是接觸氧化工藝核心部分，其性能直接影響和制約工藝處理效果，同時(shí)載體安裝和更換也是建設(shè)投資和運(yùn)行成本的重要部分，因此篩選適宜的載體對(duì)該工藝應(yīng)用具有重要技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義。近年來(lái)新型生物載體不斷涌現(xiàn)，種類、結(jié)構(gòu)及性能各有差異[5]。本研究以吉林某化纖集團(tuán)實(shí)際腈綸廢水為研究對(duì)象，利用自主設(shè)計(jì)的載體選擇反應(yīng)器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，以期篩選出適合腈綸廢水處理的專用載體。

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

為研究載體對(duì)于腈綸廢水的處理效果，選擇不同性狀的水處理載體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其性能參數(shù)如表1所示。

1#：納米凹凸棒土復(fù)合親水性聚氨酯泡沫微生物固定化載體。通過加入納米凹凸棒土等改善泡沫載體對(duì)微生物的親和性，傳質(zhì)性能和理化穩(wěn)定性的專利產(chǎn)品[6]。

2#：火山巖載體為天然蜂窩多孔材質(zhì)。孔徑不一，粒徑3～5mm。

3#：YDT型彈性立體載體，由塑料加工的彈性單絲固定在中心繩上而組成[7]。

4#：半軟性組合載體，由塑料壓模成型，盤片周圍環(huán)系若干纖維絲[8-9]。

5#：平面花狀塑料硬性載體，由變性聚乙烯塑料制成。

表1 載體參數(shù)

1.2 實(shí)驗(yàn)水質(zhì)

自2009年11月至2010年8月進(jìn)行載體選擇試驗(yàn)，運(yùn)行約7個(gè)月。實(shí)驗(yàn)所用廢水為吉林某化纖集團(tuán)公司腈綸生產(chǎn)車間各工段廢水混合后的調(diào)節(jié)池出水。其水質(zhì)隨生產(chǎn)狀況而變化。

1.3 分析與測(cè)定方法

CODCr和NH3-N等污染物指標(biāo)采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)分析方法進(jìn)行測(cè)定[10]。

1.4 試驗(yàn)裝置

將載體選擇反應(yīng)器放置于吉林某化纖集團(tuán)污水處理廠進(jìn)行載體篩選現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。進(jìn)水為1.2所述調(diào)節(jié)池出水，反應(yīng)器為連續(xù)運(yùn)行。試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。載體選擇反應(yīng)器包括5個(gè)相同容積（288L）的格室，5個(gè)室內(nèi)分別裝填不同類型的載體，填充比為30%～40%，采用空氣壓縮泵控制各室曝氣量均衡。用閥門控制進(jìn)水流量，定期從每個(gè)格室溢流口取水樣測(cè)定各項(xiàng)指標(biāo)，每運(yùn)行一段時(shí)間從裝置下端排泥口清理脫落生物膜。

圖1 試驗(yàn)裝置圖

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 載體篩選結(jié)果

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)對(duì)于BOD5，pH值等指標(biāo)也定期測(cè)定，各數(shù)據(jù)均值見表2。水樣的特征污染物的去除情況如圖2所示。

表2 出水水質(zhì)

圖2 特征污染物去除情況

由圖2可知：5種生物載體能大部分去除DMAC和AN，穩(wěn)定運(yùn)行期去除率達(dá)100%。接觸氧化工藝處理腈綸廢水的適宜進(jìn)水負(fù)荷范圍是2.06～3.55kg COD·m-3·d-1，適宜水力停留時(shí)間為24h。1#載體均表現(xiàn)出最佳的污染物去除效果。對(duì)特征污染物N,N-二甲基乙酰胺和丙烯腈的去除率接近100%。

2.2 載體生物膜的分析

2.2.1 載體附著菌群分析

載體馴化成熟后，其生物膜上就會(huì)附著大量菌群。取適量混合懸濁液進(jìn)行培養(yǎng)分離，并根據(jù)菌落特征來(lái)挑取特異菌株進(jìn)行菌種鑒定，結(jié)果表明，盡管采用5種性質(zhì)不同的生物載體，但各載體上生物膜中的微生物種群結(jié)構(gòu)卻表現(xiàn)出較高的相似性，均以Aquimonassp.,Alcaligenessp.,Rhodococcussp.,Microbacterium oxydans和Spingobacteriumsp.為主，說明廢水污染物組成對(duì)填料生物膜的微生物種群結(jié)構(gòu)具有重要影響。

2.2.2 生物量變化

由圖3可知，各個(gè)載體掛膜狀況有很大的差異。載體選擇反應(yīng)器運(yùn)行82d時(shí)，各生物載體生物膜濃度分別為1.022、0.651、1.279、2.067、1.387g·L-1，從83d到122d，逐步提高有機(jī)負(fù)荷，濃度分別增至6.28、0.751、5.935、4.729、5.734g·L-1。從122d到142d，由于高有機(jī)負(fù)荷的沖擊導(dǎo)致生物解體，部分生物膜脫落，生物量隨之減小，說明附著的微生物對(duì)有機(jī)物的去除起主要作用。

圖3 不同時(shí)期生物量濃度

2.3 討論

棲附在生物接觸氧化池內(nèi)的填料上的生物膜和充分供應(yīng)的氧氣，通過生物氧化作用分解廢水中的有機(jī)物，達(dá)到凈化目的。適合腈綸廢水的填料的選擇及1#效果最好的原因：1#載體具有內(nèi)外孔隙均勻的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。在外表面以好氧菌為主；內(nèi)部有機(jī)物氧化、硝化作用消耗大量氧，產(chǎn)生缺氧區(qū)，多種菌群協(xié)同作用，效果最佳。

3 結(jié)語(yǔ)

生物接觸氧化工藝載體篩選試驗(yàn)結(jié)果表明，五種載體中1#載體處理腈綸廢水的污染物去除效果最好。接觸氧化工藝去除腈綸廢水的負(fù)荷范圍是2.06～3.55kg COD·m-3·d-1。接觸氧化工藝對(duì)于特征污染物DMAC和丙烯腈的去除率為100%。分離培養(yǎng)的研究結(jié)果表明，五種載體附著生物膜的微生物種群結(jié)構(gòu)相似，可培養(yǎng)微生物種群以Aquimonassp.,Alcaligenessp.,Rhodococcussp.,Microbacterium oxydans和Spingobacteriumsp.為主。