颗粒活性炭厌氧生物流化床处理有机农药废水

摘要：采用颗粒活性炭厌氧生物流化床处理某农药厂生产废水。研究了AFB反应器在中温（30±2）℃条件下处理农药生产废水的性能，实验表明：在进水pH为7.0～7.5，水力停留时间为4h，回流量控制在使活性炭处于流化状态下，当进水COD浓度1400～2000mg/L，COD去除率达到44.99%～86.72%，有机容积负荷达12.08kgCOD/（m³·d）；并初步研究了废水中氮元素去除的机制。

农药废水是典型的高浓度有毒有机工业废水，具有排放量大、有机物浓度高、污染物成分复杂、难生物降解等特点。除农药外，不仅含有原料成分，而且含有很多副产物、中间产物；难生物降解物质多，废水水质水量不稳定，若不经过处理，直接排入江河，将会造成严重污染。

厌氧流化床反应器处理高浓度有机废水的高效优越性已被证实，得到国内外研究者的重视，它具有剩余污泥少、不易堵塞、微生物浓度高、处理效果好等优点。厌氧流化床以固体颗粒作为生物膜的载体，悬浮在流化床中，既有附着生物膜的固体颗粒，又有活性污泥菌胶团。采用颗粒活性炭为厌氧流化床载体，具有较好的化学稳定性和亲生物性、比表面积大、廉价的特点。

本研究采用AFB反应器，利用颗粒活性炭载体固定化微生物，在中温（30±2）℃下处理有机农药废水，研究了颗粒活性炭厌氧生物流化床对有机农药废水的处理性能。

1 材料与方法

1.1 实验装置

实验采用的厌氧流化床反应器示意图见图1。试验装置包括进水箱，进水泵，厌氧流化床反应器，加热箱，回流泵等。厌氧流化床反应器主体结构为透明有机玻璃管制成，便于观察反应区内载体流化情况和产气等反应情况。反应器总体高度1600mm，反应区高度1180mm，反应器直径90mm，有效容积7.5L。为了生化反应的高效进行，采用对回流水加热，试验采用一台TDW-2002型自动温度控制仪控制加热箱内的废水。

1.2 废水水质

废水原水取自主要产品为烟嘧磺隆的某农药厂，废水中含有大量的盐酸、氯化铵、硫、氯化钠、氯化胺、硫化钠、二氯乙烷、二甲苯、二甲胺、丙酮等物质，废水呈暗红黄色，较混浊，有强烈的刺鼻气味，COD高达18600mg/L，氨氮浓度为 371.5mg/L，pH 为13.4。实验用水为该农药废水经电催化氧化等预处理后的出水。

1.3 载体性质

以颗粒活性炭作为载体，型号为TX-106SW，平均粒径1mm，碘值900～1100mg/g，比表面积1100m²/g，充填密度 0.45g/cm³，强度≥95%，pH≥7, 总孔容积≥0.9cm³/g。

1.4 分析项目和分析方法

主要分析项目有COD、NH₃-N、NO₃^-、NO₂^-，按文献方法进行检测。

1.5 实验方法

实验在中温（30±2）℃条件下进行，分为微生物培养驯化阶段及运行阶段。培养阶段：将取自某城市污水处理厂氧化沟的混合液，沉淀15min后，取上清液5L、1kg颗粒活性炭和微量元素溶液从反应器顶部投加到反应器中，加自来水至水位达到反应器顶部，打开回流泵连续循环48h。驯化阶段：取1L电催化氧化处理后的农药废水，加入一定量的葡萄糖溶液和氮磷培养液，调节废水的COD∶N∶P约为200∶5∶1、pH 值为7.5左右。在HRT=4h、回流量满足活性炭成流化状态下，连续运行一段时间，至COD的平均去除率达到80%左右，表明反应器达到稳定运行状态。

2 实验结果与分析

反应器启动成功后，逐步提高进水的浓度，不再添加葡萄糖和氮磷营养液，完全采用电催化氧化处理后的农药废水，调节pH值为7.5左右，在HRT=4h、回流量满足活性炭成流化状态下运行。

2.1 COD的去除效果

图2为反应器稳定运行过程中COD进、出水浓度和去除率的变化情况。由于有机农药废水的水质不稳定，进水的COD浓度为1463.9～2013.49mg/L，有机容积负荷达12.08kgCOD/（m³·d），COD去除率为44.99%～86.72%，前3天出水COD浓度低，可能是由于活性炭的吸附作用，在吸附达到饱和后出水COD 浓度稳定在600mg/L左右。相应去除率稳定在65%左右，后期去除率又呈下降趋势，可能是由于出水中含有少量的细小污泥絮体，引起出水COD浓度偏高。

2.2 对氮的去除效果

废水中的氮一般以氨氮、亚硝酸盐、硝酸盐和有机氮4种状态存在。废水生物脱氮的基本原理是含氮有机物在生物处理过程中被异氧型微生物氧化分解，转化为NH₃^－-N，由自养型硝化菌将其转化为NO₂^--N或 NO₃^－-N，然后再由反硝化细菌将NO₂^－-N或NO₃^－-N还原转化为N₂，从而达到脱氮的目的。

图3、图4和图5分别为进、出水氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮浓度变化情况。

由图3可知，进水氨氮为17.36～45.02mg/L，平均为35.33mg/L，出水氨氮为60.14～105.77mg/L，平均为80.21mg/L，系统的氨氮平均转化率为134.85%。

由图4可知，进水中亚硝酸盐氮在1mg/L左右，出水中几乎为0。

由图5可知，进水硝酸盐氮为42.21～79.98mg/L，平均为55.83mg/L，出水中硝酸盐氮为7.99～29.77mg/L，平均为 19.69mg/L，系统的硝酸盐氮的平均去除率为64.46mg/L。

由此可知，AFB对整个系统的脱氮贡献首先在于完成对有机氮的氨化作用，使得出水中氨氮浓度升高；其次在反硝化细菌的作用下，将NO₂^－-N和NO₃^－-N还原转化为N₂。同时发现出水颜色明显变浅，说明废水的色度主要是有含氮的杂环类基团或是由偶氮键引起。

3 结论

（1）实验表明：采用颗粒活性炭厌氧生物流化床处理有机农药废水，当进水COD浓度为1400～2000mg/L，COD去除率为44.99%～86.72%，有机容积负荷达12.08kgCOD/（m³·d）。对减轻生物反应器后续处理单元的负荷具有重要的意义。

（2）系统在异氧型微生物作用下，使难降解的有机物变成易生物降解的物质，并使有机氮转化为无机氮；在反硝化细菌的作用下，将NO₂^－-N和NO₃^－-N还原转化为N₂。