移动床生物膜反应器预处理含酚废水

罗倩仪，谢文玉，钟 理

（1．华南理工大学 化学与化工学院，广东 广州 510640；2.广东石油化工学院 环境工程系，广东 茂名 525000）

汽提净化水是石化厂对炼油废水进行汽提净化除氨、除硫后的出水，其中，主要的污染物为挥发酚。若将高挥发酚含量的汽提净化水与其他废水共同进入生化系统进行处理，将影响生化系统的稳定运行。因此，需将汽提净化水先进行预处理，以减小其对生化系统的影响。

移动床生物膜反应器（MBBR）是一种好氧生物处理工艺［1-2］，兼具活性污泥法和生物接触氧化法的优点。通过向反应器中加入一定量的悬浮载体，依靠曝气和水流提升作用使载体处于流化状态， 进而形成悬浮生长的活性污泥和附着生长的生物膜。微生物生长的环境为气、液、固三相，整个反应器空间被充分利用。MBBR工艺具有生物量高、占地面积小、处理效率高、抗冲击力强、动力消耗低等优点［3-4］。

本工作采用自行设计的具有内循环功能的MBBR预处理石化厂汽提净化水，考察了HRT和DO对废水中挥发酚和COD去除效果的影响，以期为高挥发酚含量废水的处理提供参考。

1 实验部分

1.1 材料和仪器

某石化厂汽提净化水水质：ρ（挥发酚）=110～201 mg/L，COD=644～1 827 mg/L，BOD5/COD=0.15～0.69，pH=7.23～9.51。接种污泥：石化厂污水处理场二沉池中的好氧污泥。MBBR填料：聚乙烯材质，圆柱形，外径25 mm，高10 mm，孔隙率大于90%，密度接近于水的密度。

HCA-100型COD消解器：江苏姜堰市华晨仪器有限公司；TrakTMⅡ型BOD5测定仪：HACH公司；PHS-3B型精密pH计：上海精密科学仪器有限公司；便携式溶解氧仪：HACH公司。

1.2 实验装置

自行开发的实验装置由两级MBBR和一个二沉池组成，实验装置的结构见图1。

图1 实验装置的结构

两级MBBR结构相同，由镍钢制成，两级MBBR的总容积为6 m3，有效容积为5 m3。二沉池总容积为1.3 m3，有效容积为1.0 m3。向两级MBBR中投入4 m3填料（即填料的填充比为0.8）。在两级MBBR中各设置两块隔板，将反应器分为曝气区和内循环区，MBBR内分区的示意图见图2。在曝气区底部设置曝气系统，通过曝气充氧为微生物的生长和降解提供充足的溶解氧。废水沿曝气区提升，再经内循环系统，形成大水量内循环（反应器内水的循环量为进水量的15倍以上），填料随水内循环运动，整个反应器处于曝气充氧-反应降解的过程。

图2 MBBR内分区的示意图

1.3 实验方法

1.3.1 挂膜驯化

采用接种挂膜方式，通过静态和动态驯化方式进行微生物培养。先采用静态培养，从石化厂炼油污水处理场二沉池中取250 L好氧污泥，分别加入到一级和二级MBBR中。采用间歇式小水量进水，静态培养3 d后，开始以小流量连续进水，启动动态驯化。在动态驯化期间，可以明显看出附着在填料上生长的生物膜和悬浮活性污泥都有明显的增加。当观察到两级MBBR中的微生物达到一定量时，对二级MBBR出水进行采样测定，若挥发酚去除率达80%以上，则表明酚降解菌驯化完成。

1.3.2 HRT的确定

保持一级和二级MBBR的曝气量为7～9 m3/h，将DO（用两级MBBR中部废水DO表征体系的DO）维持在1～3 mg/L。通过调节汽提净化水进水量来调节HRT（以两级MBBR的总HRT计，下同），考察HRT对COD去除率和挥发酚去除率的影响，以确定适宜的HRT。

1.3.3 DO的确定

在汽提净化水进水量为0.5 m3/h、HRT为10 h的条件下，调节曝气量，通过观察生物膜颜色的变化以及进出水气味的变化，考察DO对污染物去除效果的影响，以确定适宜的DO。

1.3.4 装置连续运行实验

在汽提净化水进水量为0.5 m3/h、HRT为10 h、DO为1～3 mg/L的条件下，两级MBBR连续稳定运行26 d， 测定进出水的COD、ρ（挥发酚）和BOD5，考察装置连续运行期间污染物降解效果的稳定性。

1.4 分析方法

采用重铬酸钾法测定COD［5］；采用溴化容量法测定ρ（挥发酚）［6］；采用稀释与接种法测定BOD5［7］；采用玻璃电极法测定废水pH［8］；采用便携式溶解氧仪测定废水DO。

2 结果与讨论

2.1 HRT对挥发酚去除率和COD去除率的影响

在DO为1～3 mg/L的条件下，HRT对挥发酚去除率的影响见图3。由图3可见：随HRT的增大，挥发酚去除率增大；当HRT＜10 h时，HRT对挥发酚去除率的影响较显著；当HRT＞10 h时，随HRT的增大，挥发酚去除率增加不明显。这是因为，当HRT较小时，污染物与生物膜接触时间过短，挥发酚不能完全降解，挥发酚去除率较低；当HRT满足微生物降解所需时间后，挥发酚去除率较高；当HRT=50 h时，挥发酚去除率达95%；但HRT过长会造成反应器内废水的污染物浓度很低，微生物处于饥饿状态，生长所需的营养物不足，生物活性下降，会出现大量微生物老化、死亡的现象。因此，适宜的HRT为10 h。

图3 HRT对挥发酚去除率的影响

在汽提净化水进量为0.5 m3/h、DO为 1～3 mg/L、HRT为10 h的条件下，HRT对COD去除率的影响见图4。由图4可见，随HRT的增大，COD去除率增大，但COD去除率明显低于挥发酚去除率。因为汽提净化水中除了含有挥发酚以外，还含有硫酸盐、磷酸盐和氨等，COD的降低主要因为挥发酚的降解。

2.2 DO对污染物去除效果的影响

酚降解菌属于好氧菌，DO对其生命活动有重要的影响作用［9］。在实验过程中可以观察到，当废水DO为1～3 mg/L时，生物膜呈现棕褐色，处理后废水的恶臭气味比原废水明显减弱，挥发酚去除率高；当废水DO小于1 mg/L时，生物膜呈现黑色，出水挥发酚浓度高，说明废水中的溶解氧不足以满足微生物生命活动的需要，微生物处于缺氧状态，生物活性下降；当废水 DO大于3 mg/L时，生物膜仍然呈现棕褐色，但会出现生物膜氧化脱落的现象，反应器中微生物的量减少，同时DO过大会造成浪费并增加运行费用。因此，适宜的DO为1～3 mg/L。

图4 HRT对COD去除率的影响

2.3 装置连续运行效果

在HRT为10 h、DO为1～3 mg/L的条件下，装置连续运行，两级MBBR处理前后废水中挥发酚含量、COD及BOD5/COD见图5～7。由图5可见，进水中ρ（挥发酚）为110～201 mg/L，平均ρ（挥发酚）为146 mg/L，两级MBBR处理后出水中ρ（挥发酚）为2.8～43.9 mg/L，平均ρ（挥发酚）为17.6 mg/L，挥发酚去除率达87.9%。由图6可见，进水COD为644～1 827 mg/L，平均COD为1 107 mg/L，两级MBBR处理后出水中COD为196～1 488 mg/L，平均COD为745 mg/L，COD去除率仅为32.7%。由图7可见，两级MBBR处理后出水的BOD5/COD高于进水，进水BOD5/COD平均为0.45，出水BOD5/COD平均为0.68，表明经过两级MBBR处理后，废水的可生化性有所提高，有利于废水的后续生化处理。

图5 两级MBBR处理前后废水的ρ（挥发酚）● 进水；■ 出水

图6 两级MBBR处理前后废水的COD● 进水；■ 出水

图7 两级MBBR处理前后废水的BOD5/COD■ 进水；■ 出水

3 结论

a）采用两级MBBR预处理石化厂高挥发酚含量的汽提净化水的适宜工艺条件为：HRT 10 h，DO 1～3 mg/L。

b）在HRT为10 h、DO 为1～3 mg/L的条件下，装置连续运行处理ρ（挥发酚）为110～201 mg/L、COD为644～1 827 mg/L、BOD5/COD=0.15～0.69的废水，两级MBBR处理后出水平均ρ（挥发酚）为17.6 mg/L，挥发酚去除率达87.9%；平均COD为745 mg/L，COD去除率为32.7%；出水BOD5/COD平均为0.68，表明经过两级MBBR处理后，废水的可生化性有所提高，有利于废水的后续生化处理。

［1］ Li Huiqiang，Han Hongjun，Du Maoan，et al. Removal of phenols，thiocyanate and ammonium from coal gasification wastewater using moving bed biofilm reactor［J］. Bioresour Technol，2011，102（7）：4667-4673.

［2］ Rusten B，Matteson E，Broch D A，et al. Treatment of pulp and paper industry wastewater in novel moving bed biofilm reactors ［J］. Water Sci Technol，1994，30（3）：71-161.

［3］ 王荣昌，文湘华，钱易.流动床生物膜反应器在污水处理中的应用研究现状［J］.环境污染治理技术与设备，2003，4（7）：79-85.

［4］ 柴社立，蔡晶. 移动床生物膜反应器及其应用［J］. 上海环境科学，2004，23（6）：257-260.

［5］ 北京市化工研究院. GB/T 11914—1989 水质 化学需氧量的测定 重铬酸盐法［S］. 北京：中国标准出版社，1989.

［6］ 大连市环境监测中心. HJ 502—2009 水质 挥发酚的测定 溴化容量法［S］. 北京：中国环境科学出版社，2009.

［7］ 沈阳市环境监测中心站. HJ 505—2009 水质 五日生化需氧量（BOD5）的测定 稀释与接种法［S］. 北京：中国环境科学出版社，2009.

［8］ 北京市环境保护监测中心. GB 6920—86 水质 pH值的测定 玻璃电极法［S］. 北京：中国标准出版社，1986.

［9］ 钟华文，谢文玉，李德豪，等. ABR-BAF组合工艺处理制革综合废水［J］. 环境工程，2011，29（2）：1-4.