天然橡膠加工廢水是含NH3-N 的高濃度有機(jī)廢水，采用培養(yǎng)、馴化后的MEM 菌生物強(qiáng)化厭氧—接觸氧化工藝處理此類廢水，以有效降低污染物濃度。試驗(yàn)結(jié)果表明，在MEM 投加比例為1∶700、HRT 為168 h、氣水比為80∶1、曝氣配比為2∶1 的比較佳條件下，廢水的COD、BOD5、NH3-N、SS 去除率分別達(dá)到97.9%、99%、98.6%、93%，出水水質(zhì)達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8987-1996)的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)要求，有效提高了天然橡膠廢水的處理效果。
天然橡膠加工過程中排放的廢水是富含蛋白質(zhì)、脂類、糖類、無機(jī)鹽和NH3-N 的高濃度有機(jī)廢水，其中COD、BOD5、NH3-N 等污染物的濃度超過《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定上限的幾十倍甚至數(shù)百倍，若不經(jīng)綜合處理直接排放會(huì)導(dǎo)致河流富營養(yǎng)化，破壞生態(tài)平衡，危害人類生存環(huán)境。
生物法以其處理效果好、維護(hù)簡便、運(yùn)行成本低等優(yōu)勢，已被廣泛應(yīng)用于處理天然橡膠加工廢水。其中，厭氧—好氧生物接觸氧化工藝具有處理效果好、污染物排放濃度低、抗沖擊能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，成為云南省橡膠行業(yè)推廣使用的廢水處理技術(shù)。橡膠廢水經(jīng)該工藝處理能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵和難點(diǎn)在于必須保證足夠數(shù)量的有效微生物存在。近年來，研究高效菌種配方并將其按比例添加到廢水生化處理系統(tǒng)中，以提高或促進(jìn)系統(tǒng)生物處理效率的技術(shù)已得到廣泛研究和應(yīng)用，復(fù)合微生物技術(shù)就是其中之一。復(fù)合微生物菌群是由各種具有不同性質(zhì)和作用的好氧和厭氧微生物組成的新型微生物活性菌劑。在適宜條件下，復(fù)合微生物菌群能快速生長繁殖并分解廢水中的污染物，同時(shí)依靠相互間的協(xié)同作用形成穩(wěn)定而復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，并抑制有害微生物的生長繁殖，達(dá)到去除污染物和凈化水體的目的。但此類研究還存在微生物制劑針對(duì)性不強(qiáng)、易在水處理中流失和對(duì)污染物去除率不高等問題。筆者將自主研發(fā)的特種復(fù)合微生物菌群MEM 菌與厭氧—二級(jí)接觸氧化工藝結(jié)合處理天然橡膠加工廢水，并對(duì)其去除效果進(jìn)行了試驗(yàn)研究。
1 材料與方法
1.1 試驗(yàn)用水
天然橡膠加工廢水成分復(fù)雜，除含有橡膠乳清外，還含有蛋白質(zhì)、脂類、糖類和無機(jī)鹽等。試驗(yàn)所用橡膠廢水取自景洪某制膠廠，廢水中主要污染物為COD、NH3-N、BOD5、SS 等，其水質(zhì)為：pH 在6~9、COD 221 ~4 654 mg/L、NH3-N 11.27 ~474.86 mg/L、BOD5 52~1 049 mg/L、SS 52~6 409 mg/L。
1.2 試驗(yàn)材料與裝置
試驗(yàn)材料：MEM 菌;厭氧池和接觸氧化池所用填料為組合填料;試驗(yàn)所用藥劑均為分析純。其中，MEM 菌是根據(jù)橡膠廢水特性和生物菌群要求，從景洪市景東大膠廠自有污水處理廠二沉池底泥中篩選、馴化、分離、培養(yǎng)出的復(fù)合微生物菌群，通過工業(yè)擴(kuò)培得到可工業(yè)應(yīng)用的復(fù)合微生物MEM 菌群液。培養(yǎng)基采用葡萄糖為碳源，牛肉膏為氮源，并添加磷酸氫鉀及MgSO4、CaCl2、FeSO4等;擴(kuò)培時(shí)選用某農(nóng)業(yè)廢液為培養(yǎng)基，同時(shí)加入適量的鹽類及微量元素。
裝置：有機(jī)玻璃自制長方體形厭氧—二級(jí)接觸氧化系統(tǒng)(厭氧池有效容積72 L，一、二級(jí)接觸氧化池有效容積均為24 L);兩個(gè)100 L的膠桶分別作為進(jìn)水池和沉淀池;BT100-2J 蠕動(dòng)泵(保定蘭格恒流泵有限公司);ACO-5505 可調(diào)式靜音氣泵(廣東海利集團(tuán)有限公司);LZB-3 型空氣玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)(江蘇科迪自動(dòng)化儀表有限公司)。
1.3 分析方法
COD 采用重鉻酸鉀法測定，NH3-N 采用納氏試劑分光光度法測定，BOD5采用稀釋與接種法測定，SS 采用SS-1Z 智能懸浮物儀測定。
1.4 試驗(yàn)流程
試驗(yàn)工藝流程如圖1 所示。添加了MEM 菌種的天然橡膠廢水由進(jìn)水池進(jìn)入系統(tǒng)，厭氧池及接觸氧化池進(jìn)、出水采用折流式設(shè)計(jì)，池中均掛有組合填料，接觸氧化池所需空氣由空氣泵鼓入，通過設(shè)在接觸氧化反應(yīng)器底部的微孔曝氣頭均勻充氧。
2 結(jié)果與討論
2.1 系統(tǒng)掛膜啟動(dòng)
試驗(yàn)采用活性污泥接種培養(yǎng)法進(jìn)行掛膜。掛膜過程中，V(MEM)∶V(水)為1∶1 000，進(jìn)水流量保持在0.625 L/h，一級(jí)氣水比保持在50∶1，一級(jí)接觸氧化池與二級(jí)接觸氧化池的曝氣配比保持在2∶1。掛膜期間每天測定進(jìn)、出水的COD 和NH3-N，并觀察填料表面的掛膜情況。
試驗(yàn)結(jié)果表明，掛膜啟動(dòng)后的前三天，系統(tǒng)對(duì)COD 的去除率由41.6%迅速上升至62.2%，第4 天COD 去除率下降，第5 天后去除率又開始穩(wěn)步提高，第9 天時(shí)COD 去除率已接近88%左右;掛膜前7 天，系統(tǒng)對(duì)NH3-N 的去除率一直處于較快增長狀態(tài)，運(yùn)行至第9 天時(shí)，NH3-N 去除率達(dá)到79.4%，再經(jīng)過4 d 培養(yǎng)后NH3-N 比較終去除率提高到84.1%。運(yùn)行至第11 天時(shí)，厭氧池不斷有小氣泡冒出，好氧反應(yīng)池填料表面形成肉眼可見1~2 mm 厚的棕黃色黏質(zhì)生物膜，并有大量絲狀絮體黏附其上，系統(tǒng)對(duì)COD、NH3-N 的去除率也逐漸穩(wěn)定，此時(shí)認(rèn)為系統(tǒng)掛膜成功。
2.2 MEM投加比例對(duì)處理效果的影響
試驗(yàn)在水力停留時(shí)間為168 h、氣水比為70∶1、曝氣配比為2∶1的條件下進(jìn)行，分別按V(MEM)∶V(水)為1∶1 500、1∶1 000、1∶700、1∶500的比例在進(jìn)水池中一次性加入MEM 菌種，研究MEM 投加比例對(duì)COD、NH3-N 去除效果的影響，見圖2、圖3。
試驗(yàn)結(jié)果表明，在一定投加范圍內(nèi)MEM 菌種能夠增強(qiáng)系統(tǒng)對(duì)COD、NH3-N 的去除能力，其中MEM 投加量為1∶700 時(shí)對(duì)COD、NH3-N 的處理效果比較好。當(dāng)菌種投加量低于1∶700 時(shí)，MEM 對(duì)COD、NH3-N 去除率隨投加量增大而升高，比較大增幅達(dá)4.5%、4.3%;當(dāng)投加量繼續(xù)增大到1∶ 500 時(shí)，對(duì)COD、NH3-N 的去除率不僅沒有繼續(xù)增長，反而下降到88.7%、80.2%，這可能與進(jìn)水COD、NH3-N 濃度增大有關(guān)，而且由于MEM 為復(fù)合菌種，過量投加會(huì)使菌液濃度過高，反而抑制有效生物菌的正常繁殖，而表現(xiàn)出MEM 菌種的表觀“無效性”或“負(fù)效果”，也進(jìn)一步導(dǎo)致了出水水質(zhì)的惡化。
2.3 HRT對(duì)處理效果的影響
固定V(MEM)∶V(水)為1∶700、氣水比為70∶1、曝氣配比為2∶1，考察HRT 對(duì)COD、NH3-N 處理效果的影響，見圖4、圖5。HRT 為144 h 時(shí)COD 去除率比較高，為95.2%，當(dāng)HRT 從120 h 延長至144 h 時(shí)，系統(tǒng)對(duì)NH3-N 去除率提高了22.9%，當(dāng)HRT 從144 h提高到168 h 時(shí)，NH3-N 去除率開始下降，之后停留時(shí)間繼續(xù)延長24 h，NH3-N 去除率僅上升1.7%。
試驗(yàn)過程中，由于HRT 為168 h 和192 h 時(shí)系統(tǒng)進(jìn)水負(fù)荷較低，大部分有機(jī)物在厭氧池中被降解，導(dǎo)致一、二級(jí)接觸氧化池COD 負(fù)荷過低，活性微生物新陳代謝能力降低、活性變差，繼而影響了氧化池及系統(tǒng)對(duì)COD、NH3-N 的去除率�？紤]到試驗(yàn)過程中未有效控制進(jìn)水有機(jī)負(fù)荷而影響了試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，如果提高HRT 為168、192 h 時(shí)的進(jìn)水有機(jī)負(fù)荷，系統(tǒng)對(duì)COD 和NH3-N 的去除率應(yīng)該會(huì)有所提高，故在查閱相關(guān)資料、結(jié)合一些工程實(shí)例的基礎(chǔ)上，選定后續(xù)試驗(yàn)的比較佳HRT 為168 h。
2.4 氣水比對(duì)處理效果的影響
試驗(yàn)在MEM 投加量為1∶700、HRT 為168 h、曝氣配比為2∶1 的條件下進(jìn)行。試驗(yàn)結(jié)果表明：氣水比對(duì)COD 的去除效果影響較大，隨著氣水比的逐漸提高，系統(tǒng)對(duì)COD 的去除率呈先上升后下降的變化趨勢。氣水比為80∶1 時(shí)，系統(tǒng)對(duì)COD 的去除率比較高(95.7%)，顯著高于其他水平時(shí)的去除效果。當(dāng)氣水比由60∶1 增大到70∶1、80∶1 時(shí)，系統(tǒng)對(duì)NH3-N 去除率由92.5%提高至95.3%、98.2%，分別上升了2.8%、5.7%，氣水比繼續(xù)增大到90∶1 時(shí)，系統(tǒng)對(duì)NH3-N 的去除率迅速下降至82.2%。說明在適當(dāng)范圍內(nèi)氣水比的增加能促進(jìn)好氧微生物對(duì)COD、NH3-N 的降解能力，但繼續(xù)增大氣水比會(huì)導(dǎo)致水流對(duì)生物膜的沖刷作用過于強(qiáng)烈，使填料表面的生物膜非正常脫落，造成微生物降解污染物的能力顯著下降。
2.5 曝氣配比對(duì)處理效果的影響
在MEM 投加量為1∶700、HRT 為168 h、氣水比為80∶1 的條件下，考察曝氣配比對(duì)COD、NH3-N 去除效果的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明：曝氣配比為1∶2 時(shí)，COD、NH3-N 的平均去除率為91.9%、92.8%;曝氣配比為1 ∶1 時(shí)，COD、NH3-N 平均去除率為94.6% 、96.8%;曝氣配比為2∶1 時(shí)，COD、NH3-N 平均去除率為96.7%、97.8%;曝氣配比為3∶1，COD、NH3-N 平均去除率為92%、94.3%。在一定范圍內(nèi)，曝氣配比的增大使一級(jí)接觸氧化池在大量降解有機(jī)物的同時(shí)，也增強(qiáng)了微生物對(duì)NH3-N 的同化吸收作用及硝化作用，系統(tǒng)對(duì)污染物的去除率也相應(yīng)提高。曝氣配比繼續(xù)增大，出現(xiàn)一級(jí)接觸氧化池中溶解氧濃度過高、二級(jí)接觸氧化池溶解氧濃度過低的現(xiàn)象，過高和過低的溶解氧均導(dǎo)致池中生物膜生物數(shù)量和活性降低，對(duì)NH3-N 的同化吸收作用不斷減弱，同時(shí)硝化作用也受到限制，導(dǎo)致系統(tǒng)對(duì)COD 和NH3-N 的去除率逐漸降低。
2.6 比較佳試驗(yàn)條件及處理效果
由上述試驗(yàn)結(jié)果可得到MEM 菌生物強(qiáng)化厭氧—接觸氧化工藝處理天然橡膠廢水的比較佳試驗(yàn)條件：MEM 投加量為1∶700、HRT 為168 h、氣水比為80∶1、曝氣配比為2∶1。比較佳試驗(yàn)條件下該工藝對(duì)橡膠廢水的處理效果見表1。試驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行不投加MEM 菌的對(duì)比試驗(yàn)，其比較佳試驗(yàn)條件：HRT 為192 h、氣水比為70∶1、曝氣配比為2∶1。
如表1 所示，天然橡膠廢水經(jīng)MEM 菌生物強(qiáng)化厭氧—接觸氧化工藝處理后，COD、BOD5、NH3-N、SS 的去除率分別達(dá)到97.9%、99%、98.6%、93%，各污染物出水濃度達(dá)到或優(yōu)于《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8987-1996)的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)要求。不投加MEM 菌處理天然橡膠廢水時(shí)，COD、BOD5、NH3-N、SS 的去除率分別為91.6%、94.2%、91.3%、88.6%，均低于投加MEM 時(shí)的去除率，出水水質(zhì)較差，出水COD 和BOD5均不能達(dá)到GB 8987-1996 一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，可見MEM 菌能有效強(qiáng)化厭氧—接觸氧化處理效果，能增強(qiáng)生物法對(duì)污染物的降解能力。具體參見http://www.dowater.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
3 結(jié)論
(1)采用厭氧—接觸氧化工藝處理天然橡膠廢水時(shí)，自主研發(fā)的MEM 菌種能夠增強(qiáng)系統(tǒng)對(duì)COD、NH3-N 的降解去除能力，適宜的MEM 投加比例為1∶700，此時(shí)系統(tǒng)對(duì)COD、NH3-N 的去除率分別為96.6%、98%。
(2)增加HRT 可提高COD、NH3-N 去除率，但各污染物去除率并不隨著HRT 的延長持續(xù)提高，綜合考慮各方面因素確定HRT 為168 h 較為合理。
(3)氣水比能夠影響COD、NH3-N 的去除效果，對(duì)COD 和NH3-N 的去除率而言，比較佳氣水比應(yīng)為80∶1，此時(shí)系統(tǒng)對(duì)COD 和NH3-N 的處理效果比較好。
(4)隨著曝氣配比的增大，系統(tǒng)對(duì)COD、NH3-N的去除率呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，曝氣配比為2∶1 時(shí)系統(tǒng)去除率比較高，顯著高于其他水平時(shí)對(duì)污染物的去除效果。
(5)用MEM 菌生物強(qiáng)化厭氧—接觸氧化工藝處理天然橡膠廢水時(shí)，其處理效果優(yōu)于不投加MEM菌種的處理效果。在MEM 投加比例為1∶700、HRT為168 h、氣水比為80∶1、曝氣配比為2∶1 的比較佳試驗(yàn)條件下，對(duì)COD、BOD5、NH3-N、SS 的去除率分別達(dá)到97.9%、99%、98.6%、93%，處理后出水COD、BOD5、NH3-N、SS 分別為79.2、13、1.79、42 mg/L，達(dá)到GB 8987—1996 的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)要求。
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