厭氧折流板反應器處理有機磷農藥廢水的研究
厭氧折流板反應器（anaerobic baffled reactor，ABR）是McCarty和Bachmann等人于1982年提出的一種新型高效厭氧反應器[1]。ABR中有多個豎立排列的隔板，使其形成一組升流式和降流式的厭氧污泥床。在單個反應室內，水力特性接近于完全混合式，而從整體效果上看，則近似于推流式，ABR的推流特性使其在處理對細菌有抑制或有毒的物質時具有潛在的優勢[2-3]。但目前利用ABR處理實際的有毒廢水尚報導較少，本研究利用ABR處理有機磷農藥中間體甲基氯化物生產廢水，考察了進水濃度，水力停留時間，溫度變化以及濃度沖擊對ABR處理效果的影響。
1 試驗裝置與工藝流程
試驗用厭氧折流板反應器，長×寬×高=500mm×150mm×500mm，有效容積27.6L。ABR分為5格反應室，每室由上、下流室組成，另加沉淀室，每格頂部設有導氣口，側部設有取水樣口，整個反應器安置在恒溫水浴內，其溫度通過WMZK-03型溫控儀維持在35±1℃（考察溫度的影響時除外）。工藝流程如圖1所示。
 |
2 實驗水質
甲基氯化物是生產絕大多數－硫代磷酸酯農藥（如甲胺磷、對硫磷、殺螟松等）的重要中間體。在甲基氯化物的生產過程中產生大量的堿性廢水，廢水中的甲基氯化物屬難生物降解類，此廢水目前仍沒有切實可行的處理技術。試驗所用的廢水取自湖南某農藥廠甲基氯化物生產車間甲醇回收塔殘液，經鐵碳內電解十石灰沉磷預處理后稀釋3～6倍作為ABR的進水。其原廢水和預處理后出水的水質情況見表1。
 |
3 接種污泥
反應器的接種污泥取自某化纖廠污水處理站UASB回流污泥（約3/5）、某皮革廠厭氧塘污泥（約1/5）和該農藥廠污水總排放口底泥（約1/5），混合后放入反應器（污泥m(VSS)/m(SS)=19%），經50d的共基質（葡萄糖）培養馴化，污泥的產甲烷活性較好，污泥m(VSS)/m(SS)上升至35.5%。
4 試驗結果與討論
4.1 進水濃度、水力停留時間的影響
以預處理后的出水稀釋一定的倍數后，利用蠕動泵進水，測定進、出水的CODcr、揮發酸（VFA）、碳酸氫堿度（HCO3-）、pH值等參數，試驗考察了進水濃度和水力停留時間（HRT）對反應器的影響，反應器穩定運行時試驗數據見表2。
 |
從表2可以看出，對于難降解的有毒廢水，水力停留時間對ABR處理效果的影響較大，隨停留時間的增大，ABR的處理效果明顯變好，而進水CODcr濃度對ECOD的影響較小，當HRT恒定為94h，進水CODcr由4038.5增高至6421.3mg/L時，ECOD僅下降1.5%。
考慮到出水揮發性脂肪酸（VFA）形成的COD極易被后續的好氧曝氣池降解，將出水VFA830mg/L左右換算成已降解的COD后，ABR對廢水的CODcr去除率（ECOD）約達到70%左右，這與該廢水75%的生化極限接近，因此沒有必要再進一步延長HRT。
試驗在進水pH值和反應器溫度基本穩定的條件下，選擇HRT和進水CODcr濃度二個因素，進行優化回歸考察了兩者與反應器去除效果之間的關系。試驗因素與水平變化值見表3。試驗得出水力停留時間對處理效果影響的顯著性遠大于進水CODcr濃度。回歸結論：ECOD(%)=45.78-7.86[CODcr(g/L)]+0.17[HRT(h)]+0.073[(CODcr(g/L)][HRT(h)]（在進水CODcr4～8g/L、HRT47～94h的范圍內適用）。在實際運用中，可利用優化回歸的結論指導運行參數的選擇。
4.2 溫度變化的影響
在系統處于穩定狀態時，維持進水CODcr濃度6450mg/L左右、進水HCO3-3420mg/L左右、停留時間94h不變，調節恒溫水浴值為25±1℃。考察溫度由35℃下降至25℃對ABR系統的影響。待其達到平衡后，又恢復水浴溫度，考察其恢復的規律。結果見圖2。 溫度從第95d由35℃降低至25℃，第98d的出水可視為全部在25℃的溫度下進行降解。從圖2可看出，CODcr的去除率由55%降至38.5%，出水揮發酸由920mg/L左右上升至1747.8mg/L。可見，在降溫初期，去除率急劇下降，且出水揮發酸出現積累，可能是產甲烷菌首先受到抑制引起。在反應器運行的101d，當系統適應了調整的溫度后，CODcr去除率得到一定的回升，達到43%左右，然而較35℃時仍下降了約12%。這與Nachaiyasit等人[4]在中等負荷以易降解物質為基質時，反應器溫度由35℃降至25℃對ABR的去除效率無明顯影響的結論不同。可推測對于有毒難降解廢水，當溫度改變時，ABR系統的處理效果也隨之發生相應變化，但在一定范圍內不會破壞整個系統。
 |
當系統自104d恢復35℃后，運行5d處理效果即達穩定，可見ABR系統對于溫度的變化恢復較為迅速。
4.3 濃度沖擊的影響
系統在恒溫35℃，停留時間94h條件下，反應器的進水由6426.5mg/L上升到10063.5mg/L進水24h，此后又恢復6426.5mg/L的進水。考察了反應器在濃度沖擊后的恢復狀況，試驗數據見圖3。
 |
從圖3可看出系統從沖擊開始到基本恢復大致分為如下四個階段：
階段Ⅰ：假穩定段（110～113d），此階段由于停留時間較長，出水CODcr值僅有微小增加，VFA與HCO3-略有下降，整個系統似乎仍處于穩定態，這主要是由反應器的推流特性所決定。
階段Ⅱ：產酸、產甲烷抑制段（114～118d），此段產酸菌與產甲烷菌都嚴重受到抑制，反應器基本上無氣體產生，出水CODcr急劇上升，出水的揮發酸由930mg/L降至210mg/L左右，出水堿度比進水降低約500mg/L，系統的緩沖能力大大減弱。從圖3還可看出，HCO3-的最低值（第117d）比出水VFA的最低值（第115d）晚2d出現，即HCO3-的變化滯后于VFA約2d。
階段Ⅲ：產酸恢復段（119～122d）。根據廢水厭氧處理的微生物學與生物化學原理，復雜物料的厭氧生物降解可分為水解、酸化、產乙酸、產甲烷四個階段[5]，每一階段由特定的微生物來完成。由圖3可見，此段出水VFA逐漸升高，而CODcr的去除率卻只有少量增加，表明酸化菌與產乙酸菌的活性逐漸恢復。
階段Ⅳ：產甲烷恢復段（123～129d），在產酸菌恢復的過程中，產甲烷菌逐漸恢復，反應器產氣量開始增加，從圖中可以看出，出水VFA大量減少，HCO3-開始上升，產酸菌與產甲烷菌重新達到平衡，此時系統恢復平衡，CODcr的去除率重新達到55%。
5 結論
①利用ABR處理有機磷農藥廢水，當進水CODcr高達6421.3mg/L時，CODcr的去除率可達到68%，與廢水75%的生化極限接近。
②ABR處理甲基氯化物生產廢水時，水力停留時間對系統的影響比進水CODcr濃度顯著。
③系統溫度由35℃下降到25℃時，整個系統的CODcr去除率下降12%左右。反應器內的產甲烷菌首先受到抑制，并受到抑制的程度比產酸菌大。恢復溫度后，系統能較快恢復平衡。
④經濃度沖擊后，系統依次經歷假穩定段、產酸與產甲烷被抑制段、產酸恢復段、產甲烷恢復段，整個過程約需20d左右。
⑤改變系統運行參數時，出水堿度的變化通常滯后揮發酸2～3d，在實際運用中，出水揮發酸更能表征系統的活性。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
