生物接触氧化法处理食品废水运行效果研究

武晓红，单 桐

(1.山西林业职业技术学院,林学系，山西 太原 030009；2.太原理工大学 环境科学与工程学院，山西 太原 030024)

生物接触氧化法(BCO)是从生物膜法进化出来的同时具有活性污泥法与生物膜法两种工艺特点的一种新型高效污水处理方法，具有耐冲击、负荷高、挂膜快、适应性强、克服污泥膨胀、可间歇等优点[1].此放法首次应用于20世纪19世纪末[2]，但直到20世纪70年代后期，塑料材料[3]工业发展之后，此法才开始迅速发展.中国在20世纪70年代中开始研究此法在城市污水和工业污水上的应用，现已投入实际生产中[4].

食品加工废水通常有固体悬浮物多、可生化性好、有机物含量高、含氮量高、水量水质变化大、油脂高的特点.针对当前食品加工废水的污水处理设施普遍存在投资运行费用高、活性污泥量大、处理效果不稳定、出水氨氮和CODcr不达标、污泥膨胀频发等问题，同时结合生物接触氧化法自身的技术特点，用多级串联式生物接触氧化的优化设计理论[5]，本试验将使用缺氧[6]/二级生物接触氧化(A/BCO)的串联组合生物反应器工艺处理食品加工废水[7].此工艺投资运行费用低，处理效果稳定，既能取得剩余污泥的减量化和稳定化同时得到较高的固体悬浮物、氨氮和CODcr去除率，使得排水质量达到《污水综合排放标准》(GB8987-1996)中第二类污染物最高允许排放要求的一级标准：CODcr为100 mg/L,氨氮为15 mg/L.

图1 缺氧/二级生物接触氧化工艺流程图

表1试验污水水质

Tab.1 The inflow water quality during experiment

项目CODcr/mg·L-1NH3-N/mg·L-1水温/℃pH含量613.2～843.132.67～50.3920～246.76～7.58

表2 试验分析测定项目、方法及仪器

笔者主要研究A/BCO处理食品加工废水时，水力停留时间(HRT)以及气水比(GWR)[8]对A/BCO去除CODcr及氨氮运行效果的影响，以期为A/BCO处理食品加工废水的研究与应用奠定基础.

1 试验材料与研究方法

1.1 试验装置

本试验采用缺氧/二级生物接触氧化/斜板沉淀一体化装置.该试验装置用透明有机玻璃制成，尺寸为750 mm×200 mm×450 mm，有效高度为250 mm，有效容积为52.5 L.该反应器为四部分，第一部分缺氧池，第二部分一级生物接触氧化池，第三部分二级生物接触氧化池，第四部分沉淀池.在本试验反应器中的水流在各部分均是上向流.详细工艺流程图见图1.

本试验装置正常运行时连续24 h运行，硝化液回流泵，生化反应器中机械搅拌机均连续运行，污泥回流泵定时运转，通常早晚各进行一次污泥回流.

1.2 试验用水

本试验用水来自于太原市某食品加工基地，出水已经过隔油以及化粪池处理.近期，通过对该食品加工基地的化粪池出水进行多次取样分析后，其水质指标如下表1所示.

此时的出水呈黑色，异味重，有大量的固体悬浮物，由脂类、蛋白质、糖、有机酸等组成的有机污染物和氮等无机污染物的含量仍然很高，因此需要进一步的处理.

1.3 接种污泥与污泥培养

接种污泥均来源于太原某污水厂二沉池回流污泥.静置沉降后，再用100目的细孔筛进行过滤，最终得到沉降污泥.得到的污泥在系统运行之前需要进一步的挂膜处理，为了使得挂膜速度加快，在挂膜的初期，对进水要加入各种污泥培养基.

1.4 试验测试项目、方法和测试仪器

试验过程所测试项目、方法及所用的测试仪器见表2.

2 试验结果与讨论

2.1 HRT对运行效果的影响

HRT是反映待处理污水在反应器内的平均停留时间，也是污水与生物膜接触并作用的平均时间，是污水生物处理系统设计运行的关键参数之一，数值上等于反应器有效容积与进水流量之比.本试验中，反应器是固定容积条件，因此可以通过改变进水流量大小即可以改变水力停留时间的长短.本试验设定气水比为15∶1[9]，混合液回流比为300%，然后改变进水流量，确定水力停留时间分别为3、5、7、10、14、20 h六种不同情况下对CODcr去除和氨氮(NH3-N)去除的影响.

2.1.1 HRT对CODcr去除的影响 HRT对CODcr去除影响情况如表3所示.根据表3可以得知，试验装置对CODcr的去除率在HRT小于10 h之前，随着水力停留时间的延长而呈较快的增长之势，当HRT大于10 h之后，CODcr去除率降低，且去除率呈负增长的趋势,这主要是因为随着HRT的延长，污水中存在的大量有机底物会在缺氧池中被氧化降解，这就会使好氧池中生物膜物因为负荷过低，而得不到足够的营养物质，最终加快老化脱落速度，从而就使得CODcr去除率下降，使出水CODcr浓度升高.因此我们可以看出水力停留时间在10-14 h时，系统对CODcr的去除率最高，可以达到90%以上，而且出水CODcr的浓度也在60 mg/L左右，达到了污水综合排放标准(GB8987-1996)的一级排放标准.

2.1.2 HRT对氨氮(NH3-N)去除的影响 不同HRT对应NH3-N去除的效果如表4所示.

表3 HRT对CODcr去除的影响

Tab.3 HRT or the removal of CODcr

水力停留时间/h原水CODcr浓度/mg·L-1出水CODcr浓度/mg·L-1CODcr平均去除率/%3767.5138.917581.95812.5119.437585.37773.581.99189.410711.852.673292.614724.763.773691.220730.375.220989.7

表4 HRT对氨氮(NH3-N)去除的影响

Tab.4 HRT on the removal of NH3-N

水力停留时间/h原水氨氮浓度/mg·L-1出水氨氮浓度/mg·L-1氨氮平均去除率/%341.3726.1872136.7539.8319.4370451.2742.1716.3197961.31040.7712.4348569.51439.849.4420876.32041.128.1417680.2

根据表4可以得知，随着HRT的不断延长，氨氮的去除率呈不断上升的趋势，但是氨氮的去除率的增长速度呈下降的趋势.这主要是因为氨氮的去除主要是通过好氧池硝化菌的硝化作用，将氨氮氧化为硝态氮来去除，因此，随着HRT的不断延长，好氧池的好氧自养硝化菌就会大量繁殖，直到细菌繁殖量达到达到动态饱和时，氨氮的去除率在此过程中不断升高，直到稳定.对于本试验来说，达到污水综合排放标准(GB8987-1996)的一级排放标准即可，故HRT选择10-14 h即可，此时氨氮出水浓度小于15 mg/L，且氨氮去除率达到69%以上.

2.2 GWR对运行效果的影响

GWR数值上等于曝气量与进水量之比，此参数直接影响反应器中溶解氧的浓度，因此GWR是废水处理非常重要的参数之一，必须选择合适的参数.确定进水流量为1.5L/h，混合液回流比为300%，以及根据之前试验，确定HRT为10 h的条件下，考察气水比为11∶1、13∶1、15∶1、17∶1、19∶1五种情况下对CODcr和氨氮(NH3-N)去除的影响.

2.2.1 GWR对CODcr去除的影响 GWR对CODcr去除影响情况如表5所示.根据表5可以得知，随着气水比的不断提高，CODcr去除率是先上升后下降的趋势.当GWR从11∶1到15∶1不断增加的过程中，CODcr去除率呈不断上升趋势.这主要是因为GWR的增加提高了生物膜表面的氧的浓度梯度和传质效率，加速了生物氧化的过程，进而增加CODcr被生物膜的吸附降解去除作用.但是当GWR从15∶1到19∶1不断增加的过程中，过高的GWR还加剧水流对填料上生物膜的冲刷，同时，过高的溶解氧也增加了生物膜自身的代谢作用，这两方面都会加速微生物的老化，造成生物膜的脱落，进而降低了微生物的活性与降解有机污染物的能力.当GWR为15∶1-17∶1时，CODcr去除率达到最高90%以上，而且出水CODcr的浓度也在65 mg/L左右，达到了污水综合排放标准(GB8987-1996)的一级排放标准.

2.2.2 GWR对氨氮(NH3-N)去除的影响 不同GWR时氨氮(NH3-N)去除的效果如表6所示.

表5 GWR对CODcr去除的影响

Tab.5 GWR on the renoveal of CODcr

GWR原水CODcr浓度/mg·L-1出水CODcr浓度/mg·L-1CODcr平均去除率/%11∶1723.7135.331981.313∶1714.387.858987.715∶1743.262.428891.617∶1783.572.08290.819∶1721.882.285288.6

表6 GWR对氨氮(NH3-N)去除的影响

Tab.6 GWR on the removal of NH3-N

气水比原水氨氮浓度/mg·L-1出水氨氮浓度/mg·L-1氨氮平均去除率/%11∶139.7322.7255642.813∶140.3519.0048552.915∶140.3711.5861971.317∶141.0212.2649870.119∶139.9713.0302267.4

根据表6可知，与CODcr的去除效果相比，氨氮(NH3-N)的去除率受GWR的影响会更加明显[10]，这就说明溶解氧在硝化过程中是非常重要的因素.随着GWR的不断增加，氨氮(NH3-N)的去除率是先升高后平稳再略有下降，GWR达到15∶1-17∶1时，氨氮(NH3-N)的去除率达到70%以上，且出水的浓度达到了12 mg/L左右，达到了污水综合排放标准(GB8987-1996)的一级排放标准.

3 结论

1)通过本试验的研究，我们可以看到缺氧/二级生物接触氧化法对食品废水处理的效果是非常显著的，此时的出水，水体清澈、无异味，无悬浮物，而且水质完全达到设计要求，污水综合排放标准(GB8987-1996)的一级排放标准，而且对CODcr去除率和氨氮(NH3-N)去除率也是比较高的.

2)试验结果表明该试验装置运行的最佳HRT为10 h，此时对CODcr平均去除率和氨氮(NH3-N)的平均去除率分别达到92.6%和69.5%，且出水的CODcr和氨氮(NH3-N)的浓度均达到污水综合排放标准(GB8987-1996)的一级排放标准.

3)试验结果表明该试验装置运行的最佳GWR范围为15∶1与17∶1之间，我们最后确定15∶1，此时的CODcr和氨氮(NH3-N)的去除率分别达到91.6%和71.3%，且出水的CODcr和氨氮(NH3-N)的浓度均达到污水综合排放标准(GB8987-1996)的一级排放标准.

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