SMBBR工藝與A2O工藝處理苯嗪廢水的對比研究

敬雙怡,楊宇杰,朱浩君,2,郝夢影 ,李衛平

(1.內蒙古科技大學 能源與環境學院,內蒙古 包頭 014010;2.中丹康靈(北京)生物技術有限公司,北京 100085)

隨著近年來我國經濟的迅速發展，環境污染也愈發嚴重，而環境污染源中的嚴重污染源就有農藥化工廢水，農藥化工廢水又有著高毒性、高鹽分、高氨氮、高COD的特點[1-3]，因此尋找一種適合處理農藥廢水的處理工藝顯得非常重要。

A2O工藝是一種常用的污水處理工藝，有同步脫氮除磷的功能，工藝簡單，投資少，運行成本低[4]。因此，在我國污水處理中占比最大[5]。但A2O工藝也存在脫氮與除磷過程中的功能菌污泥齡不同的矛盾，脫氮與除磷過程中的功能菌對碳源的競爭、回流液中的硝酸鹽對釋磷和反硝化過程的干擾等缺點[6-7]；SMBBR工藝是基于移動床生物膜法(MBBR)的改進工藝，是由特殊的SDC-03生物載體作為填料和特定的反硝化細菌DNF409組成，有著傳統流化床與生物接觸氧化的優點[8]，具有處理負荷高、耐沖擊性強、節約空間、無需污泥回流、剩余污泥少等優點[9-10]。

本文使用A2O工藝和SMBBR工藝處理含苯嗪草酮的農藥廢水，對比分析兩種工藝對廢水中的各個指標的處理能力，找出對含苯嗪草酮的農藥廢水處理效果更好的工藝，為該工廠的污水處理系統的提標改造提供技術支持。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

農藥廢水，取自某農藥化工工廠的調節池[11]，水質見表1；接種污泥，取自該農藥廠污水處理站經絮凝脫水的活性污泥(含水量為80%)；特效菌種DNF409。

表1 廢水進水水質Table 1 Wastewater influent water quality

UV-6000PC型紫外可見分光光度計;JPB-607A便攜式溶氧儀;x75便攜式水質測定儀。

1.2 實驗方法

A2O工藝和SMBBR工藝流程分別見圖1、圖2。

圖1 A2O工藝流程圖Fig.1 A2O process flow chart

圖2 SMBBR工藝流程圖Fig.2 SMBBR process flow chart

在實驗裝置中加入活性污泥和特效菌種DNF409，用自來水加滿，打開曝氣裝置和攪拌裝置,使填料、水、活性污泥三相充分接觸，然后關閉曝氣和停止攪拌，悶曝24 h。排掉1/3的混合液后，開始連續進水，調節曝氣裝置，將SMBBR的DO濃度控制在3 mg/L左右，水力停留時間暫定為10 d，同時每天向AMBBR反應器中投加50 mg特效菌種DNF409，通過一段時間對微生物的培養，待系統穩定運行且處理效果良好，說明進入穩定運行期，開始進行取水檢測。本實驗為平行對比實驗，每3 d對兩個工藝的沉淀池出水的各項指標進行測定，對比分析兩個工藝對各污染物的去除效果。

1.3 分析方法

COD、NH3-N、TP均按照《水和廢水監測方法》中規定的方法進行測定。

2 結果與討論

2.1 COD的去除對比

SMBBR工藝與A2O工藝對COD的去除效果的對比見圖3。

圖3 SMBBR與A2O對COD的去除效果Fig.3 SMBBR and A2O removal of COD

由圖3可知,在穩定運行過程中，兩個工藝的進水COD都處于900～1 100 mg/L，此時SMBBR工藝的出水COD濃度處于200 mg/L以下，最低達到140 mg/L，去除率一直穩定在80%以上，最高達到85.74%，而A2O工藝的出水COD濃度則處于350 mg/L左右，去除率處于65%左右，且A2O工藝的出水COD波動較SMBBR工藝更大。分析原因：此時SMBBR工藝中的各級反應器中生物膜已經成熟，同時，SMBBR工藝中AMBBR池的水解酸化反應比較徹底，使得大分子難降解有機物有效的分解，提高了B/C[12-13]，并由之后的SMBBR充分反應去除，同時也因為 SMBBR工藝具有較高的COD負荷率和較高的空氣氧利用率[14]，使得SMBBR工藝對COD的去除效果較A2O工藝更好。

2.2 氨氮的去除對比

SMBBR工藝與A2O工藝對氨氮的去除效果對比見圖4。

圖4 SMBBR與A2O對氨氮的去除效果Fig.4 Removal effect of SMBBR and A2O on NH3-N

由圖4可知，在穩定運行過程中，進水的氨氮在95～130 mg/L，A2O工藝和SMBBR工藝對氨氮的去除率分別為71.56%～76.86%和92.02%～96.97%，平均去除率分別為73.88%和94.36%，這表明SMBBR工藝的脫氮效果好于A2O工藝。分析原因：在處理系統中投加的填料是有利于高活性硝化菌和亞硝化菌的聚集，使得工藝系統有著充足的菌種進行污水處理，同時系統的生態結構在載體上保持著較穩定的動態平衡，而且從穩定運行后，開始在AF中外加一定量的乙醇，這使得AF中的反硝化菌所進行的反硝化作用更加徹底[15-18]，保證了AF中的反硝化反應可以高效、徹底的進行。

2.3 總磷的去除對比

SMBBR工藝與A2O工藝對總磷的去除效果對比見圖5。

圖5 SMBBR與A2O對總磷的去除效果Fig.5 Removal effect of SMBBR and A2O on TP

由圖5可知，在穩定運行過程中，進水的總磷在5～6 mg/L，SMBBR工藝與A2O工藝對總磷的去除效果都較為理想，但 SMBBR工藝對總磷的去除效果略好于A2O工藝。分析原因：因為生物膜增長到了一定厚度，導致擴散到生物膜內部擴散的氧變得極其有限。使得生物膜的表面依然屬于有氧環境，但內部則變成了缺氧甚至厭氧的環境，這樣形成了厭氧-好氧的有效處理機制,同時聚磷菌也有了厭氧釋磷到好氧吸磷的條件,磷會通過生物膜脫落形成污泥的過程減少[19-20]；而且推斷懸浮填料上可能附著著厭氧除磷功能菌(NA菌)，在AF的厭氧環境中發生了厭氧除磷，產生磷化氫氣體[21]，使總磷進一步降低。

2.4 抗沖擊負荷對比

2.4.1 對提高氨氮濃度的對比 表2是向進水中加入一定比例的氨氮含量高的廢水，使得進水氨氮濃度變為原來的1.5～2.5倍，結果見表2。

表2 進出水水質指標Table 2 Inlet and water quality indicator

由表2可知，在高濃度氨氮的進水沖擊中，A2O工藝的出水氨氮濃度在不斷變大，而氨氮的去除率在進水氨氮為218.90 mg/L時達到最大，去除率在80%左右，SMBBR工藝的出水氨氮在氨氮濃度增大的過程中沒有太明顯的變化，且去除率一直保持在96%左右，可知SMBBR工藝抵抗高氨氮的沖擊能力強。分析原因：填料上附著的微生物多，同時填料也為微生物提供了在空間上相對獨立的生長環境[22]，使其存活能力得到提升，進而提高了系統的抗沖擊能力。

2.4.2 對減少水力停留時間的對比 在進水水質基本不變的情況下，即進水氨氮、COD、總磷分別在110，1 100，5.5 mg/L左右，只改變兩個工藝的停留時間，結果見表3。

表3 出水水質指標Table 3 Effluent water quality indicators

由表3可知，在水力停留時間6 d的時候，A2O工藝出水的各項指標發生了變化，而SMBBR工藝出水的各項指標沒有太大的變化，直到停留時間減到2 d時，SMBBR工藝出水的各項指標也開始發生變化，這表明SMBBR工藝的抗沖擊負荷的能力較A2O工藝更強。

3 結論

(1)SMBBR工藝在進水COD濃度900～1 200 mg/L，氨氮濃度110～252 mg/L，pH為6～8，總磷濃度在5～6 mg/L，水力停留時間為10 d的情況下，系統出水COD始終低于200 mg/L，氨氮保持在8 mg/L左右，總磷濃度穩定在0.2 mg/L以下，對氨氮、COD及總磷的去除率分別在96%,80%,90%以上，達到了污水排放標準。

(2)SMBBR工藝具有抵抗惡劣環境的能力，在處理高鹽、高氨氮農藥廢水時，具有穩定性好和去除率高的優點，有助于更好的處理我國的農藥化工廢水。

(3)與A2O處理工藝對比，SMBBR工藝具有去除率高、抗沖擊負荷能力強等優勢，同時也證明了SMBBR工藝是優于工廠現有的工藝，可以為工廠廢水處理系統的升級改造提供可靠的數據支撐。