SBR法處理皂素廢水的馴化實(shí)驗(yàn)

劉智峰，張 建，劉金生

（陜西理工學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，陜西 漢中 723001；2.陜西省城固縣振華生物科技有限責(zé)任公司，陜西 城固 723203）

皂素是一種具有獨(dú)特生理活性的甾體類化合物，以它為原料可以合200余種價(jià)值較高的激素藥物。目前皂素生產(chǎn)主要包括以下工序：黃姜根預(yù)處理(挑選、清洗、切塊、粉碎、過(guò)篩和干燥) →發(fā)酵→濃酸水解→過(guò)濾→濾餅洗滌、烘干→有機(jī)溶劑萃取→干燥去除溶劑→皂素成品[1]。該工藝中，皂素廢水的產(chǎn)生有3個(gè)來(lái)源，一是黃姜洗滌廢水，主要污染物是泥沙和黃姜根部殘?bào)w；二是水解物過(guò)濾酸液，俗稱頭道液，主要污染物是可溶性淀粉、還原性糖、少量水溶性皂甙、單寧等；三是漂洗廢水，俗稱二道液，主要污染物是少量的可溶性淀粉、還原性糖。皂素廢水成分復(fù)雜，酸度高，有機(jī)物含量高，色度大，可生化降解能力差，屬高濃度有機(jī)廢水[2]。國(guó)內(nèi)研究者所采用的處理方法主要有物化處理、生化處理(厭氧+好氧)、資源綜合再利用等。其中，SBR法是間歇式活性污泥法（Sequencing Batch Reactor）的簡(jiǎn)稱，又稱續(xù)批式活性污泥法，是一種不同于傳統(tǒng)活性污泥法的廢水處理工藝。典型SBR工藝運(yùn)行周期分為5步：進(jìn)水、曝氣反應(yīng)、沉淀、排水、閑置[3]。SBR系統(tǒng)的主體工藝設(shè)備是一座間歇式曝氣池，與傳統(tǒng)的連續(xù)流系統(tǒng)相比，無(wú)需二沉池和污泥回流設(shè)備，基建費(fèi)用低。另外，SBR法反應(yīng)器中底物濃度在時(shí)間上是一理想推流過(guò)程，底物濃度梯度大，生化反應(yīng)推動(dòng)力大，克服了連續(xù)流完全混合式曝氣池中底物濃度低，反應(yīng)推動(dòng)力小和推流式曝氣池中水流反混嚴(yán)重，實(shí)際上接近完全混合流態(tài)的缺點(diǎn)。

本實(shí)驗(yàn)采用石灰中和、聚合氯化鋁絮凝法對(duì)皂素廢水預(yù)處理后，再通入SBR法生化裝置，按進(jìn)水濃度梯度法馴化活性污泥，最后考察COD的去除率，為企業(yè)生產(chǎn)提供小試數(shù)據(jù)。

1 材料及方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

高濃度皂素廢水（COD 約為 30000mg·L-1，pH 約為 2，SS為 0.8～1.0g·L-1），普通活性污泥[取自漢中污水處理廠，其污泥質(zhì)量濃度(MLSS)為2.5～3.0g·L-1，污泥沉降比(SV30)為15%，污泥指數(shù)(SVI)為 50mg·L-1]，石灰（中和劑），聚合氯化鋁（絮凝劑），葡萄糖。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

SBR反應(yīng)器(運(yùn)行程序見圖1)，SHB-Ⅲ型系列循環(huán)水式多用真空泵，98-1磁力攪拌器。

圖1 典型SBR法裝置圖

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

首先對(duì)高濃度皂素廢水進(jìn)行預(yù)處理，然后按濃度梯度法通入SBR法生化裝置，加入普通活性污泥進(jìn)行培養(yǎng)馴化，馴化分3個(gè)周期。

第一周期（4月22日～26日，共5d），污泥活性恢復(fù)期，將葡萄糖配水（COD值約500 mg·L-1）通入普通活性污泥，每天曝氣7 h，靜沉3 h，然后更換1/3體積上清液。溶解氧濃度維持在2～3 mg·L-1。

第二周期（4月27日～5月3日，共7d），污泥馴化初期。將預(yù)處理后皂素水樣按體積分?jǐn)?shù)為0.5%加入反應(yīng)器，運(yùn)行周期為24 h，時(shí)間分配為曝氣7h，靜沉3h，閑置14h。馴化中加入的氮源和磷源分別是尿素和磷酸氫二鉀。

第三周期（5月4日～5月18日，共15d），污泥馴化后期。皂素廢水投加量按水體積分?jǐn)?shù)從0.5%逐漸上升到5%。反應(yīng)器運(yùn)行周期為24 h，時(shí)間分配為曝氣10h，靜沉4 h，閑置10h。

CODCr的測(cè)定采用氧化回流法[4]。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 皂素廢水預(yù)處理

實(shí)驗(yàn)所用皂素廢水為黃姜洗滌廢水、頭道液、二道液混合廢水，預(yù)處理工序?yàn)椋合扔檬抑泻停儆镁酆下然X絮凝，經(jīng)過(guò)處理后的水質(zhì)為：COD約為12000 mg·L-1，pH 約為 7，SS 為 0.4～0.6 g·L-1。

2.2 污泥馴化實(shí)驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)采用SBR反應(yīng)器，高80cm，直徑20cm，總體積約為25L，帶有曝氣裝置，向其中加入約10L城市污水處理廠活性污泥。3個(gè)周期共運(yùn)行27d，從第二周期開始每天定期測(cè)定進(jìn)水COD、出水COD，計(jì)算去除率，結(jié)果見表1、圖2。

第一周期進(jìn)水為葡萄糖配水，運(yùn)行5d。其目的是使取自城市污水廠的活性污泥轉(zhuǎn)入SBR反應(yīng)器中后，以葡萄糖配水提供所需碳源、氮源，讓污泥中的微生物菌群能夠適應(yīng)新環(huán)境并保持良好的活性。第二周期通入體積分?jǐn)?shù)為0.5%的皂素廢水，運(yùn)行7d。從表1可知，運(yùn)行7d中，COD去除率隨時(shí)間增長(zhǎng)不斷增高，處理效果不斷增強(qiáng)，出水COD不斷降低，第7天，出水COD降到100mg·L-1以內(nèi)，COD去除率接近90%，反映出活性污泥中微生物群落選擇性適應(yīng)低濃度皂素廢水環(huán)境，能分解皂素廢水中糖類、淀粉的微生物類群優(yōu)勢(shì)生長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)了活性污泥生物群落的演替，形成了適應(yīng)低濃度皂素廢水的活性污泥。對(duì)該周期活性污泥進(jìn)行鏡檢，發(fā)現(xiàn)污泥顏色呈紅褐色，較明亮，絮狀結(jié)構(gòu)，菌膠團(tuán)數(shù)量多，并發(fā)現(xiàn)較多的原生動(dòng)物及線蟲、輪蟲等微型后生動(dòng)物。第三周期皂素廢水體積分?jǐn)?shù)從0.5%增加到5%，運(yùn)行15d。從表1可以看出，通過(guò)逐級(jí)提高進(jìn)水濃度，進(jìn)水COD濃度從 786.9mg·L-1增大到1511.4 mg·L-1，出水COD相應(yīng)地從96.6mg·L-1增大到503.4mg·L-1，活性污泥的COD去除率從78.42%～88.68% 范圍逐漸變低到68.93%～70.60%范圍內(nèi)，表明皂素廢水濃度增高，污泥負(fù)荷增大，活性污泥中能降解皂素廢水的微生物菌群數(shù)量和繁殖速度達(dá)不到污泥負(fù)荷增加的要求，致使去除率下降[5]。但是從圖2可以看出，每當(dāng)進(jìn)水COD變化較大時(shí)，活性污泥需經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的適應(yīng)期后，COD去除率才能逐漸提升，表明活性污泥中微生物也在逐漸地適應(yīng)新的廢水濃度。整體而言，在進(jìn)水COD增大時(shí)，活性污泥處理效果有所下降，但COD去除率均保持在68.93%以上。通過(guò)對(duì)該周期活性污泥的鏡檢，發(fā)現(xiàn)污泥顏色仍為紅褐色，但比第二周期較深，絮狀結(jié)構(gòu)沒有第二周期那么緊密，菌膠團(tuán)數(shù)量較多，原生動(dòng)物和微型后生動(dòng)物也大量存在。因此，活性污泥基本上能夠適應(yīng)了皂素廢水水質(zhì)特性，實(shí)現(xiàn)了活性污泥的馴化。由于進(jìn)水濃度較高，為達(dá)到良好的處理效果，建議使用兩級(jí)生化處理串聯(lián)，實(shí)現(xiàn)皂素廢水的達(dá)標(biāo)排放。

表1 污泥馴化運(yùn)行情況表

圖2 第二、第三周期中COD去除率與時(shí)間關(guān)系

3 結(jié)語(yǔ)

按照濃度梯度法對(duì)皂素廢水進(jìn)行馴化實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明通過(guò)3個(gè)周期的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了活性污泥的馴化，COD去除率均保持在68.93%以上。

由于皂素廢水屬高濃度有機(jī)廢水，進(jìn)水濃度較高時(shí)，為了保證達(dá)標(biāo)排放，建議使用兩級(jí)生化處理串聯(lián)組合工藝。

[1] 劉春.皂素生產(chǎn)廢水污染特點(diǎn)及治理對(duì)策探討[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2001，27(105)：22-24.

[2] 劉智峰.鹽酸改性粉煤灰處理皂素廢水的研究[J].杭州化工，2012，43(2)：19-21.

[3] 趙輝，王惠豐，吳程閣.SBR工藝處理皂素廢水的實(shí)驗(yàn)研究及對(duì)策分析[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2005，16(3)：37-39.

[4] 國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局.水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法(第4版)[M].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，1989：368-370.

[5] 李湘凌.PAC-SBR法處理制藥廢水污泥馴化研究[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2005，31(5)：32-33.