厌氧生物滤池处理腌制废水的试验研究

徐海豹， 赵秋菊

(1.蓝德环保科技集团股份有限公司， 河南 郑州 450000； 2.蓝德环保科技集团股份有限公司 北京分公司， 北京 100070)

厌氧生物滤池反应器是一种简易、高效、低耗的废水处理装置，有着较为广泛的应用[1]。生物滤池的填料固定，废水进入厌氧滤池后，逐渐被细菌水解、酸化并进一步转化为乙酸和甲烷，废水组成沿反应器的高度而变化，微生物的种群分布呈现规律性[2]。厌氧滤池具有较大的抗冲击负荷能力，对COD的去除率较高[3]。针对腌制废水高盐、高有机物、对微生物的毒害作用较强的特点，笔者采用厌氧生物滤池小试系统处理实验室配制的污水，研究了厌氧生物滤池启动过程中和启动后，不同HRT和温度下出水COD、挥发性脂肪酸(VAF)、B/C的变化，以期为厌氧生物滤池处理腌制废水的研究和设计提供参考。

1 试验材料和方法

1.1 运行条件

试验装置如图1所示，由有机玻璃制成，装填生物滤料，为连续进水连续出水反应器。

1.2 滤池滤料

选用火山岩生物滤料作为厌氧生物滤池滤料,其具有如下特性：①无尖粒状，对水流阻力小，不易堵塞，布水布气均匀，表面粗糙，挂膜速度快，反冲洗时微生物膜不易脱落。②天然蜂窝多孔，有利于菌胶团的生长。③机械强度较高，能经受不同强度的水力剪切作用，使用寿命较长。④密度适中，反冲洗时易悬浮且不跑料[4]。

图1 厌氧生物滤池试验装置Fig.1 Experimental device of anaerobic biological filter

1.3 试验进水

检测某食品厂腌制过程中产生的废水，水质如下：COD，20 025 mg/L；BOD5，15 900 mg/L；总氮，600 mg/L；氨氮，520 mg/L；SS，100 mg/L；浊度，500 NTU；盐度，55 000 mg/L。

试验过程中，模拟腌制废水，系统进水采用人工配水。

1.4 检测指标与方法

2 结果与讨论

2.1 厌氧生物滤池的启动

2.1.1 对COD的去除效果

由图2可知，启动初期厌氧滤池中尚未形成有效的生物膜，对COD的去除效果较差。经过一个月左右的培养驯化，滤池内形成了良好的生物膜，对COD的去除率逐渐上升。随着进水含盐量的升高，厌氧滤池对盐度的适应时间逐渐延长。进水含盐量在1.5%～3%时，适应时间较短，约为10 d，COD去除率在85%左右。进水含盐量提高到3.5%～5.5%，盐度对厌氧滤池的冲击变大，滤池恢复时间延长。进水含盐量为5.5%时，厌氧生物滤池的适应时间为30 d，COD去除率在83%左右，整个驯化时间约为165 d。

图2 阶段培养过程中COD的变化Fig.2 Variation of COD in the process of stage cultivation

2.1.2 进出水VFA的变化

厌氧生物降解过程分为酸化和甲烷化两个阶段。在甲烷化阶段中，甲烷菌只能利用简单小分子物质例如甲酸、乙酸、甲醇等[6]。因此，单位有机物在单位时间内产生的有机酸的量可反映这种有机物厌氧可生化性的强弱，也可作为厌氧生物学的指标[7]。

整个驯化阶段，盐度从1%逐渐升高到5.5%。如图3所示，盐度为1%时，生物滤池受盐度的影响最小，出水VFA最高，变化率约为75%。随着进水含盐量的升高，生物滤池所受影响逐渐增大，但整体变化较小。进水含盐量为5.5%时，厌氧生物滤池的出水VFA在30 mmol/L左右，改变率在60%以上。

图3 阶段培养中VFA的变化Fig.3 Variation of VFA in the process of stage cultivation

2.1.3 废水可生化性的变化

由图4可知，厌氧生物滤池培养过程中，废水B/C维持在0.39左右。进水含盐量由1%升高到5.5%，出水B/C稍有下降，但基本稳定在0.5以上。这是由于进水含盐量在1%时，含盐量很低，几乎未对系统运行造成影响，所以出水B/C较高。随着进水含盐量的增加，盐度对厌氧生物滤池的运行产生一定影响，进水含盐量提高到5.5%，即进水为腌制废水原水时厌氧生物滤池受影响最大。阶段培养驯化的厌氧生物滤池虽然在盐度提升阶段受到了影响，但仍能保持良好的运行效果。

图4 阶段培养中B/C的变化Fig.4 Variation of B/C in the process of cultivation

2.2 不同HRT下厌氧生物滤池的运行效能

在高盐度(Cl-浓度为55 000±500 mg/L)条件下，通过对活性污泥的成功驯化，使厌氧生物滤池反应器的处理效果保持稳定。在DO为0～0.5 mg/L，水温为15～20 ℃，进水pH为6～7的条件下，调整厌氧生物滤池的HRT，考察高盐度条件下系统的运行效能。

2.2.1 对COD的去除效果

进水平均COD在20 000 mg/L左右， HRT为12，24，36和48 h时，平均出水COD分别为8 500，6 500，4 010和4 000 mg/L，平均去除率分别为59%，68%，81%和81%，系统对COD的去除效果如图5所示。

结果表明，高氯离子条件下，腌制废水经厌氧生物滤池处理后，COD被大幅度去除，且随着HRT在一定范围内增大，处理效果越好。当HRT为36 h时，COD去除率达到81%左右；提高HRT到48 h，去除率虽有所提高，但不明显，基本稳定在81%左右。

2.2.2 进出水VFA的变化

腌制废水的进水平均VFA约为10 mmol/L，经厌氧生物滤池工艺处理后，出水VFA有所提高。HRT在12，24，36和48 h时，平均出水VFA分别为10，20，30和31 mmol/L，平均改变率分别为10%，40%，60%和61%，见图6。

图5 不同HRT下COD的变化Fig.5 Variation of COD under different HRT

图6 不同HRT下废水VFA的变化Fig.6 Variation of wastewater VFA under different HRT

高盐度条件下，腌制废水经过生物滤池的处理，出水VFA有了很大提高，说明高盐环境下厌氧生物滤池运行情况良好。同时，随着HRT在一定范围内增大，出水VFA越高，VFA改变率越显著，系统处理效果越好。HRT为36 h时，出水平均VFA为30 mmol/L，改变率为60%，系统运行效果最好；HRT超过36 h后，出水VFA较HRT为36 h时变化不大。

2.2.3 废水可生化性的变化

由图7可知，经厌氧生物滤池处理后，废水的可生化性有所提高。HRT在12，24，36和48 h时，平均出水B/C从进水的0.39左右分别上升为0.4，0.45，0.55和0.56。高氯离子条件下，腌制废水可生化性的提高，为后续好氧处理单元提供了良好条件；且一定范围内HRT越大，废水的可生化性越高，系统的处理效果越好。HRT为36 h时，废水可生化性的改善效果最明显，由0.38提高为0.55；HRT超过36 h后，可生化性较HRT为36 h时变化不大。

2.3 不同温度下厌氧生物滤池的运行效能

在高氯离子浓度(55 000 mg/L左右)条件下，借助室外自然环境温度的变化，调节室内温度，确保反应器内水温在所需范围内变化，且其他运行参数在最佳工况，其中DO为0.3～0.5 mg/L，pH为 6～7，HRT为24 h，考察不同温度下系统的运行效果。

图7 不同HRT下废水B/C的变化Fig.7 Variation of wastewater B/C under different HRT

2.3.1 对COD的去除效果

由图8可知，废水进水平均COD为20 000 mg/L左右，水温在6～10 ℃变化时，温度的升高并未促进反应器对COD的去除效果，去除率在55%以下，主要是因为低水温抑制了微生物的活性，降低了系统的处理效果。水温在11～25 ℃变化时，温度提升对厌氧滤池影响较为明显，COD去除率随温度逐渐提高。水温升高到20～25 ℃时，去除率达到80%以上，出水COD基本稳定在3 000 mg/L，生物活性和处理效果均趋于稳定。这是因为温度的升高增强了微生物的活性，提高了系统的处理效果。水温超过25 ℃时，水温对COD去除效果的影响不显著，甚至出现抑制作用。这是因为厌氧生物滤池内的微生物主要是中温微生物，过高的温度会抑制其活性，进而影响厌氧生物滤池的处理效果。

图8 不同温度下COD的变化Fig.8 Variation of COD under different temperatures

2.3.2 出水VFA的变化

如图9所示，进水平均VFA为10 mmol/L，水温在6～10 ℃变化时，出水VFA虽呈现上升趋势，但均在20 mmol/L以下，总体改变率在40%以下。这是因为低水温环境下微生物的活性不高，出水VFA不高。水温在11～25 ℃时，出水VFA随水温的升高逐渐增大。水温在20～25 ℃时，出水VFA稳定在25 mmol/L以上，改变率在60%以上。温度超过25 ℃后，水温对系统几乎没有促进作用，甚至在30 ℃后出现一定的抑制作用，导致出水VFA下降。这可能是因为过高的水温在一定程度上抑制了环境生态系统中中温微生物的生长繁殖和新陈代谢，进而影响了系统的稳定运行。

图9 不同温度下出水VFA的变化Fig.9 Variation of effluent VFA under different temperatures

2.3.3 废水可生化性的变化

腌制废水平均进水B/C为0.38，水温在6～15 ℃时，B/C基本未受温度变化影响，出水B/C维持在0.42左右，提高率低于25%，如图10所示。

图10 不同温度下废水B/C的变化Fig.10 Variation of B/C under different temperatures

由图10可知，水温在15～25 ℃，废水B/C随着温度的升高明显提升。水温在20～25 ℃时，平均出水B/C为0.55，提高率在42%左右，很好地改善了废水的可生化性。温度超过25 ℃后，随着温度的提升，废水B/C并未显著提高，甚至有所下降，这可能是因为过高的水温抑制了微生物活性。

3 结论

① 采用阶段培养法，可驯化出适合处理高盐腌制废水的厌氧生物滤池工艺。

② 在腌制废水进水平均COD约为20 000 mg/L，DO为0～0.5 mg/L，水温15～20 ℃，pH为6～7的条件下，HRT为12，24，36和48 h时，采用厌氧生物滤池工艺对COD的去除率分别为59%，68%，81%和81%；出水VFA分别为10，20，30和31 mmol/L；废水B/C分别为0.4，0.45，0.55和0.56。当HRT为36 h时，厌氧生物滤池对腌制废水的处理效果最好。

③ DO为0.3～0.5 mg/L，pH为 6～7，HRT为24 h条件下，温度低于10 ℃，厌氧生物滤池受温度影响严重，处理效果不理想。温度在11～25 ℃，厌氧生物滤池对腌制废水的处理效果开始上升。水温在20～25 ℃时，厌氧生物滤池运行的效果最好，COD去除率为80%，废水B/C为0.55，出水VFA为30 mmol/L。