腈綸廢水生化處理的生物載體特性

張小娟 李杰 周岳溪 蔣進元 宋玉棟(1.陜西延長中煤榆林能源化工有限公司，陜西 靖邊 718500；

2. 蘭州交通大學環境與市政工程學院，甘肅 蘭州 730070；3. 中國環境科學研究院，北京 100012)

0 引言

化纖產業是當今發展迅速的化學工業之一，其產生的化纖廢水有機物量高，含芳香族物且酸度高，屬難降解工業廢水[1]。尤其是腈綸廢水可生化性差，直接排放將會對受納水體及周邊環境造成嚴重污染[2-3]。目前腈綸廢水采用生物處理，但由于廢水毒性大、沖擊負荷高，容易發生污泥流失和運行不穩定問題。此外腈綸廢水脫氮所需要的硝化細菌生長緩慢，污泥一旦流失，短時間內較難恢復。生物接觸氧化法是具有活性污泥法特點的生物膜法，由于反應器內安裝了生物載體，有利于硝化細菌等生長緩慢的微生物附著生長，從而提高了工藝的處理負荷和運行穩定性，適合用于腈綸廢水的處理[4]。生物載體是接觸氧化工藝核心部分，其性能直接影響和制約工藝處理效果，同時載體安裝和更換也是建設投資和運行成本的重要部分，因此篩選適宜的載體對該工藝應用具有重要技術經濟意義。近年來新型生物載體不斷涌現，種類、結構及性能各有差異[5]。本研究以吉林某化纖集團實際腈綸廢水為研究對象，利用自主設計的載體選擇反應器進行現場實驗，以期篩選出適合腈綸廢水處理的專用載體。

1 試驗材料及方法

1.1 實驗材料

為研究載體對于腈綸廢水的處理效果，選擇不同性狀的水處理載體進行實驗，其性能參數如表1所示。

1#：納米凹凸棒土復合親水性聚氨酯泡沫微生物固定化載體。通過加入納米凹凸棒土等改善泡沫載體對微生物的親和性，傳質性能和理化穩定性的專利產品[6]。

2#：火山巖載體為天然蜂窩多孔材質。孔徑不一，粒徑3～5mm。

3#：YDT型彈性立體載體，由塑料加工的彈性單絲固定在中心繩上而組成[7]。

4#：半軟性組合載體，由塑料壓模成型，盤片周圍環系若干纖維絲[8-9]。

5#：平面花狀塑料硬性載體，由變性聚乙烯塑料制成。

表1 載體參數

1.2 實驗水質

自2009年11月至2010年8月進行載體選擇試驗，運行約7個月。實驗所用廢水為吉林某化纖集團公司腈綸生產車間各工段廢水混合后的調節池出水。其水質隨生產狀況而變化。

1.3 分析與測定方法

CODCr和NH3-N等污染物指標采用國家標準分析方法進行測定[10]。

1.4 試驗裝置

將載體選擇反應器放置于吉林某化纖集團污水處理廠進行載體篩選現場試驗。進水為1.2所述調節池出水，反應器為連續運行。試驗裝置結構如圖1所示。載體選擇反應器包括5個相同容積（288L）的格室，5個室內分別裝填不同類型的載體，填充比為30%～40%，采用空氣壓縮泵控制各室曝氣量均衡。用閥門控制進水流量，定期從每個格室溢流口取水樣測定各項指標，每運行一段時間從裝置下端排泥口清理脫落生物膜。

圖1 試驗裝置圖

2 實驗結果與討論

2.1 載體篩選結果

現場實驗對于BOD5，pH值等指標也定期測定，各數據均值見表2。水樣的特征污染物的去除情況如圖2所示。

表2 出水水質

圖2 特征污染物去除情況

由圖2可知：5種生物載體能大部分去除DMAC和AN，穩定運行期去除率達100%。接觸氧化工藝處理腈綸廢水的適宜進水負荷范圍是2.06～3.55kg COD·m-3·d-1，適宜水力停留時間為24h。1#載體均表現出最佳的污染物去除效果。對特征污染物N,N-二甲基乙酰胺和丙烯腈的去除率接近100%。

2.2 載體生物膜的分析

2.2.1 載體附著菌群分析

載體馴化成熟后，其生物膜上就會附著大量菌群。取適量混合懸濁液進行培養分離，并根據菌落特征來挑取特異菌株進行菌種鑒定，結果表明，盡管采用5種性質不同的生物載體，但各載體上生物膜中的微生物種群結構卻表現出較高的相似性，均以Aquimonassp.,Alcaligenessp.,Rhodococcussp.,Microbacterium oxydans和Spingobacteriumsp.為主，說明廢水污染物組成對填料生物膜的微生物種群結構具有重要影響。

2.2.2 生物量變化

由圖3可知，各個載體掛膜狀況有很大的差異。載體選擇反應器運行82d時，各生物載體生物膜濃度分別為1.022、0.651、1.279、2.067、1.387g·L-1，從83d到122d，逐步提高有機負荷，濃度分別增至6.28、0.751、5.935、4.729、5.734g·L-1。從122d到142d，由于高有機負荷的沖擊導致生物解體，部分生物膜脫落，生物量隨之減小，說明附著的微生物對有機物的去除起主要作用。

圖3 不同時期生物量濃度

2.3 討論

棲附在生物接觸氧化池內的填料上的生物膜和充分供應的氧氣，通過生物氧化作用分解廢水中的有機物，達到凈化目的。適合腈綸廢水的填料的選擇及1#效果最好的原因：1#載體具有內外孔隙均勻的結構特點。在外表面以好氧菌為主；內部有機物氧化、硝化作用消耗大量氧，產生缺氧區，多種菌群協同作用，效果最佳。

3 結語

生物接觸氧化工藝載體篩選試驗結果表明，五種載體中1#載體處理腈綸廢水的污染物去除效果最好。接觸氧化工藝去除腈綸廢水的負荷范圍是2.06～3.55kg COD·m-3·d-1。接觸氧化工藝對于特征污染物DMAC和丙烯腈的去除率為100%。分離培養的研究結果表明，五種載體附著生物膜的微生物種群結構相似，可培養微生物種群以Aquimonassp.,Alcaligenessp.,Rhodococcussp.,Microbacterium oxydans和Spingobacteriumsp.為主。