摘要：采用顆粒活性炭厭氧生物流化床處理某農(nóng)藥廠生產(chǎn)廢水。研究了AFB反應(yīng)器在中溫（30±2）℃條件下處理農(nóng)藥生產(chǎn)廢水的性能，實(shí)驗(yàn)表明：在進(jìn)水pH為7.0～7.5，水力停留時(shí)間為4h，回流量控制在使活性炭處于流化狀態(tài)下，當(dāng)進(jìn)水COD濃度1400～2000mg/L，COD去除率達(dá)到44.99%～86.72%，有機(jī)容積負(fù)荷達(dá)12.08kgCOD/（m3·d）；并初步研究了廢水中氮元素去除的機(jī)制。
農(nóng)藥廢水是典型的高濃度有毒有機(jī)工業(yè)廢水，具有排放量大、有機(jī)物濃度高、污染物成分復(fù)雜、難生物降解等特點(diǎn)。除農(nóng)藥外，不僅含有原料成分，而且含有很多副產(chǎn)物、中間產(chǎn)物；難生物降解物質(zhì)多，廢水水質(zhì)水量不穩(wěn)定，若不經(jīng)過(guò)處理，直接排入江河，將會(huì)造成嚴(yán)重污染。
厭氧流化床反應(yīng)器處理高濃度有機(jī)廢水的高效優(yōu)越性已被證實(shí)，得到國(guó)內(nèi)外研究者的重視，它具有剩余污泥少、不易堵塞、微生物濃度高、處理效果好等優(yōu)點(diǎn)。厭氧流化床以固體顆粒作為生物膜的載體，懸浮在流化床中，既有附著生物膜的固體顆粒，又有活性污泥菌膠團(tuán)。采用顆粒活性炭為厭氧流化床載體，具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性和親生物性、比表面積大、廉價(jià)的特點(diǎn)。
本研究采用AFB反應(yīng)器，利用顆粒活性炭載體固定化微生物，在中溫（30±2）℃下處理有機(jī)農(nóng)藥廢水，研究了顆粒活性炭厭氧生物流化床對(duì)有機(jī)農(nóng)藥廢水的處理性能。
1 材料與方法
1.1 實(shí)驗(yàn)裝置
實(shí)驗(yàn)采用的厭氧流化床反應(yīng)器示意圖見圖1。試驗(yàn)裝置包括進(jìn)水箱，進(jìn)水泵，厭氧流化床反應(yīng)器，加熱箱，回流泵等。厭氧流化床反應(yīng)器主體結(jié)構(gòu)為透明有機(jī)玻璃管制成，便于觀察反應(yīng)區(qū)內(nèi)載體流化情況和產(chǎn)氣等反應(yīng)情況。反應(yīng)器總體高度1600mm，反應(yīng)區(qū)高度1180mm，反應(yīng)器直徑90mm，有效容積7.5L。為了生化反應(yīng)的高效進(jìn)行，采用對(duì)回流水加熱，試驗(yàn)采用一臺(tái)TDW-2002型自動(dòng)溫度控制儀控制加熱箱內(nèi)的廢水。
1.2 廢水水質(zhì)
廢水原水取自主要產(chǎn)品為煙嘧磺隆的某農(nóng)藥廠，廢水中含有大量的鹽酸、氯化銨、硫、氯化鈉、氯化胺、硫化鈉、二氯乙烷、二甲苯、二甲胺、丙酮等物質(zhì)，廢水呈暗紅黃色，較混濁，有強(qiáng)烈的刺鼻氣味，COD高達(dá)18600mg/L，氨氮濃度為 371.5mg/L，pH 為13.4。實(shí)驗(yàn)用水為該農(nóng)藥廢水經(jīng)電催化氧化等預(yù)處理后的出水。
1.3 載體性質(zhì)
以顆粒活性炭作為載體，型號(hào)為TX-106SW，平均粒徑1mm，碘值900～1100mg/g，比表面積1100m2/g，充填密度 0.45g/cm3，強(qiáng)度≥95%，pH≥7, 總孔容積≥0.9cm3/g。
1.4 分析項(xiàng)目和分析方法
主要分析項(xiàng)目有COD、NH3-N、NO3-、NO2-，按文獻(xiàn)方法進(jìn)行檢測(cè)。
1.5 實(shí)驗(yàn)方法
實(shí)驗(yàn)在中溫（30±2）℃條件下進(jìn)行，分為微生物培養(yǎng)馴化階段及運(yùn)行階段。培養(yǎng)階段：將取自某城市污水處理廠氧化溝的混合液，沉淀15min后，取上清液5L、1kg顆粒活性炭和微量元素溶液從反應(yīng)器頂部投加到反應(yīng)器中，加自來(lái)水至水位達(dá)到反應(yīng)器頂部，打開回流泵連續(xù)循環(huán)48h。馴化階段：取1L電催化氧化處理后的農(nóng)藥廢水，加入一定量的葡萄糖溶液和氮磷培養(yǎng)液，調(diào)節(jié)廢水的COD∶N∶P約為200∶5∶1、pH 值為7.5左右。在HRT=4h、回流量滿足活性炭成流化狀態(tài)下，連續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間，至COD的平均去除率達(dá)到80%左右，表明反應(yīng)器達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。
2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
反應(yīng)器啟動(dòng)成功后，逐步提高進(jìn)水的濃度，不再添加葡萄糖和氮磷營(yíng)養(yǎng)液，完全采用電催化氧化處理后的農(nóng)藥廢水，調(diào)節(jié)pH值為7.5左右，在HRT=4h、回流量滿足活性炭成流化狀態(tài)下運(yùn)行。
2.1 COD的去除效果
圖2為反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行過(guò)程中COD進(jìn)、出水濃度和去除率的變化情況。由于有機(jī)農(nóng)藥廢水的水質(zhì)不穩(wěn)定，進(jìn)水的COD濃度為1463.9～2013.49mg/L，有機(jī)容積負(fù)荷達(dá)12.08kgCOD/（m3·d），COD去除率為44.99%～86.72%，前3天出水COD濃度低，可能是由于活性炭的吸附作用，在吸附達(dá)到飽和后出水COD 濃度穩(wěn)定在600mg/L左右。相應(yīng)去除率穩(wěn)定在65%左右，后期去除率又呈下降趨勢(shì)，可能是由于出水中含有少量的細(xì)小污泥絮體，引起出水COD濃度偏高。
2.2 對(duì)氮的去除效果
廢水中的氮一般以氨氮、亞硝酸鹽、硝酸鹽和有機(jī)氮4種狀態(tài)存在。廢水生物脫氮的基本原理是含氮有機(jī)物在生物處理過(guò)程中被異氧型微生物氧化分解，轉(zhuǎn)化為NH3－-N，由自養(yǎng)型硝化菌將其轉(zhuǎn)化為NO2--N或 NO3－-N，然后再由反硝化細(xì)菌將NO2－-N或NO3－-N還原轉(zhuǎn)化為N2，從而達(dá)到脫氮的目的。
圖3、圖4和圖5分別為進(jìn)、出水氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮濃度變化情況。
由圖3可知，進(jìn)水氨氮為17.36～45.02mg/L，平均為35.33mg/L，出水氨氮為60.14～105.77mg/L，平均為80.21mg/L，系統(tǒng)的氨氮平均轉(zhuǎn)化率為134.85%。
由圖4可知，進(jìn)水中亞硝酸鹽氮在1mg/L左右，出水中幾乎為0。
由圖5可知，進(jìn)水硝酸鹽氮為42.21～79.98mg/L，平均為55.83mg/L，出水中硝酸鹽氮為7.99～29.77mg/L，平均為 19.69mg/L，系統(tǒng)的硝酸鹽氮的平均去除率為64.46mg/L。
由此可知，AFB對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的脫氮貢獻(xiàn)首先在于完成對(duì)有機(jī)氮的氨化作用，使得出水中氨氮濃度升高；其次在反硝化細(xì)菌的作用下，將NO2－-N和NO3－-N還原轉(zhuǎn)化為N2。同時(shí)發(fā)現(xiàn)出水顏色明顯變淺，說(shuō)明廢水的色度主要是有含氮的雜環(huán)類基團(tuán)或是由偶氮鍵引起。
3 結(jié)論
（1）實(shí)驗(yàn)表明：采用顆粒活性炭厭氧生物流化床處理有機(jī)農(nóng)藥廢水，當(dāng)進(jìn)水COD濃度為1400～2000mg/L，COD去除率為44.99%～86.72%，有機(jī)容積負(fù)荷達(dá)12.08kgCOD/（m3·d）。對(duì)減輕生物反應(yīng)器后續(xù)處理單元的負(fù)荷具有重要的意義。
（2）系統(tǒng)在異氧型微生物作用下，使難降解的有機(jī)物變成易生物降解的物質(zhì)，并使有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)氮；在反硝化細(xì)菌的作用下，將NO2－-N和NO3－-N還原轉(zhuǎn)化為N2。