趙文玉1，王啟山1，劉康懷2，吳立波1，靳虹3，吳國平4，趙孟亮5
（1 南開大學，天津 300071；2 桂林工學院，廣西桂林 541004；3 西安建筑科技大學設計研究院，陜西西安 710068；4 廣東省順德市環境監測站，廣東順德 528300；5 山東大成農藥股份有限公司，山東淄博 255000） 摘 要：采用高效好氧生物反應器（HCR）對有機磷農藥廢水進行處理試驗研究，分別進行了濃度沖擊試驗和負荷沖擊試驗。試驗結果表明，HCR對有機磷農藥廢水有一定的處理效果，本文理論上對試驗結果進了分析，并提出了進一步試驗建議方案。
關鍵詞：有機磷農藥廢水；HCR；共基質理論 有機磷農藥廢水中COD含量高達數萬mg/L，主要為難降解的有機物。廢水中的有機磷對微生物生長具有很強的抑制作用，長期以來，有機磷農藥廢水被認為是一種極難處理的高濃度有機廢水。不少環境工作者紛紛致力于這方面的研究，現有的處理方法有：傳統推流式活性污泥法、活性炭吸附法、堿解及濕式氧化法等。國內最常用的方法是活性污泥法[1]和堿解法[2]，也有不少學者采用超聲波[3]和光催化氧化[4]技術對有機磷農藥廢水進行處理試驗研究，這些研究都已經取得一定的效果。
某農藥廠當前采用推流式活性污泥法處理其有機磷農藥生產廢水，該方法具有進水濃度低、有機容積負荷低等缺點，一方面需大量稀釋高濃度有機磷農藥廢水，另一方面需占大量的土地。該廠為擴大生產，需改建或擴建污水處理設施，但受占地所限，需尋求一種先進的工藝以減少占地，節省投資。為此，該廠委托桂林工學院環境工程技術研究所進行有機磷農藥廢水的處理試驗研究。 1 試驗材料與方法 1.1 試驗水樣
本次試驗所用廢水由某農藥生產企業提供，系用敵敵畏的生產廢水和氧化樂果生產廢水按一定比例配制而成的混合廢水，水質資料見表1。 表1 敵敵畏合成廢水與氧化樂果合成廢水混合廢水水質特征 | 水質指標 | CODCr | BOD5 | TOP | 總氮 | TS | SS | 鹽度 | pH值 | | 單 位 | mg/L | mg/L | mg/L | mg/L | g/L | mg/L | g/L | － | | 指標值 | 40000～50000 | 15000～25000 | 3000～5000 | 0 | 130～140 | 100～200 | 60～80 | 6～7 |
1.2 試驗設備
試驗采用HCR[5]為主反應器，系統主要由反應器和沉淀池組成（圖1），反應器有效容積為15 L，沉淀池有效容積為30 L。我們曾將這一技術成功地應用于南寧味精廠的廢水治理工程中[6]，并取得了顯著的環境效益和經濟效益。
1.3 試驗方法
本試驗接種污泥采用某農藥生產企業現有活性污泥系統的剩余污泥，經培養馴化而成。先進行濃度沖擊試驗，即固定進水流量，逐步增加進水COD，確定HCR能承受的最高進水COD和去除率較理想的進水COD；再進行負荷沖擊試驗，即固定進水流量在某COD值，逐步增加進水流量，確定HCR的最大容積負荷和最佳停留時間。 
1.4 分析測試項目及方法
試驗運轉過程的主要分析測試項目有：SV、MLSS、MLVSS、CODCr等，分析方法均采用環境監測統一標準[7]。
在試驗過程中，對溶解氧濃度、進出水pH值、溫度、活性污泥的性狀隨時進行監控，以便及時做出調整，保證HCR系統的正常運轉。 2 試驗結果與討論 2.1 濃度沖擊試驗結果
本階段進水流量保持在37.44 L/d，進水pH保持在9以上，控制HCR內溶解氧在3～5 mg/L，逐步增加進水COD，每運行兩天取一次樣。一般是在污泥被馴化穩定運行一周后再開始取樣監測。
① 進水COD濃度與活性污泥的特性 
試驗結果表明（圖2），在以有機磷農藥廢水為單基質、采用HCR處理的情況下，隨著進水COD的升高，微生物活性指標SV、MLSS、MLVSS、SVI、f（MLVSS/MLSS）有如下變化規律（表2）：
(1)MLSS、MLVSS、SV等微生物活性指標的變化規律相近，均表明在進水COD達到5300 mg/L時，HCR內微生物有一定的活性，一旦超過該值，微生物活性很快失去。
(2)HCR中的活性污泥的SVI值在30 mL/g以下，其活性污泥泥粒細小，無機物含量高，缺乏活性；其f（MLVSS/MLVSS）在0.4以下，從另一角度表明活性污泥無機物含量高，因而缺乏活性。 表2 微生物活性指標隨進水COD的變化規律 進水COD
(mg/L) | SV
(%) | MLSS
(g/L) | MLVSS
(g/L) | SVI
(mL/g) | f
(MLVSS/MLSS) | | <5300 | 變化不大，保持在8左右 | 逐步增加 | 逐步增加 | 逐步下降，幅度較小 | 基本上穩定
在0.35 ～ 0.4之間 | | 5300 | 7 | 達到4.943 | 達到1.755 | 14 | | | 5300 ～ 6500 | 逐步下降 | 逐步下降 | 逐步下降 | 逐步下降，幅度增大 | 大幅度降低 | | 6500 | 降至3% | 降至3.043 | 降至0.386 | 7 | 低至0.127 | | 7000 | 1% | 低至1.927 | 低至0.087 | 5 | 接近于零 |
② 進水COD濃度與COD去除效果關系 
由圖3可看出，隨著進水COD濃度的升高，COD去除率的變化情況分為兩段：當進水COD濃度小于5300 mg/L時，隨進水COD濃度增加，COD去除率增加；當進水COD大于5300 mg/L，隨進水COD濃度增加，COD的去除率逐漸減少，最后去除率趨于零。COD容積負荷的變化規律與COD去除率差不多，也是在進水COD為5300 mg/L時最大。
③ 結果分析
由①和②結果可知，隨著有機磷農藥廢水COD濃度的升高，活性污泥的特性與COD去除效果顯示出相近的變化規律。分析其原因，一方面是由于廢水中所含的殘余有機磷農藥對微生物具有毒性作用，而微生物的耐毒性又具有一個臨界值[9]，超過該臨界值，生物就會受到明顯的抑制；另一方面是由于有機磷農藥廢水的含鹽度很高，在廢水COD為7000 mg/L時，其中的鹽度就已達1%，而微生物所能接受的鹽度極限值為10 000 mg/L，故進水COD超過7000 mg/L后，微生物的代謝反應就會受到明顯的抑制，而COD的去除率也就會大幅度下降。
2.2 負荷沖擊試驗結果
本階段試驗在系統穩定運行后，將進水COD固定在4200 mg/L左右，同樣要求HCR進水pH保持在9以上，控制HCR內溶解氧在3 ～ 5 mg/L，逐步增加進水流量，相當于逐步增加進水負荷和逐步縮短水力停留時間。
① 進水流量與活性污泥特性 
由試驗結果知（圖4），進水COD穩定在4200 mg/L左右，隨著進水流量的增加，微生物活性指標SV、MLSS、MLVSS、SVI和f（MLVSS/MLSS）等有如下變化規律（表4 ～ 6）：
(1)MLSS、MLVSS、SV等微生物活性指標的變化規律相近，均表明當進水流量為78.24 L/d（COD進水負荷為21.9 kgCOD/(m3·d)）時，在HCR內微生物仍具有一定的活性，一旦超過該值時污泥就基本上失去活性。
(2)HCR活性污泥的SVI值維持在25 mL/g以下，其f（MLVSS/MLVSS）維持在0.3以下，均表明其污泥活性較差。 表3 微生物活性指標隨進水流量的變化規律 進水流量
(L/d) | SV
(%) | MLSS
(g/L) | MLVSS
(g/L) | SVI
(mL/g) | f
(MLVSS/MLSS) | | ≤78.24 | 變化不大，保持在6%以上 | 變化不大，保持在3以上 | 變化不大，保持在0.8以上 | 變化不大，保持在20以上 | 基本上穩定在0.25 ～ 0.4之間 | | 85.96（連續運行四天） | 突降，四天后降至1.5% | 突降，四天后降至1.413 | 突降，四天后降至0.175 | 突降，四天后降至10.62 | 突降，四天后降至0.124 | | 93.13（連續運行四天） | 最終降至0.2% | 最終降至0.594 | 最終降至0.042 | 最終降至3.37 | 最終降至0.07 |
② 進水流量與COD去除效果 
由試驗結果知（圖5），進水COD穩定在4200 mg/L左右時，隨著進水流量的增加，COD去除率、COD容積負荷和有機磷去除率等表征HCR去除效果的指標呈現出如下變化規律：
出水COD、COD去除率、COD容積負荷、有機磷去除率等表征HCR處理效果的指標的變化規律相近，均表明當進水流量為78.24 L/d（COD進水負荷為21.9 kgCOD/(m3·d)）時，HCR具有一定的處理效果，一旦超過該值時處理效果就變得極差。
③ 結果分析
由以上試驗結果知，保持進水COD大致不變的情況下，進水流量為78.24 L/d（COD進水負荷為21.9 kgCOD/(m3·d)）是HCR處理效果和微生物活性發生突變的轉折點，進水流量增加到85.96 L/d時（COD進水負荷增加到23.9 kgCOD/(m3·d)），微生物的生長受到明顯抑制，HCR處理效果也隨著變差。分析其原因，由于進水量太大，導致水力停留時間太短（進水流量為78.24 L/d時水力停留時間為4.6 h，進水流量為85.96 L/d時水力停留時間為4.2 h，圖6），進入反應器中的有毒物質有機磷農藥不能及時降解，因此在反應器中濃度相對較高，從而達到抑制微生物生長的濃度，因此微生物生長受到抑制，從而處理效果受到影響。 
3 試驗結論及存在問題 3.1 試驗結論
通過HCR處理某農藥廠有機磷農藥廢水的濃度沖擊試驗和負荷沖擊試驗可得出以下結論：
① 進水有機磷農藥廢水COD達到約6000 mg/L時，HCR仍具有一定的處理效果，比較適合的進水COD在5300 mg/L左右，此時COD去除率在50%左右。
② HCR處理有機磷農藥廢水的最短水力停留時間約為4.6 h，處理有機磷農藥廢水的最大容積負荷約為7.4 kgCOD/(m3·d)。
③ HCR對有機磷農藥廢水雖然有一定處理效果，容積負荷比推流式曝氣池高，但去除率不高。
3.2 存在問題
① 由于有機磷農藥廢水對微生物有毒性作用，建議在進一步的試驗中考慮一些預處理技術將廢水中有機磷去除大部分。
② 文獻[8]中應用共基質理論處理難降解有機物的試驗研究，建議在進一步的試驗中投加白糖作為共基質，研究在共基質條件HCR對有機磷農藥的處理效果。 參考文獻 [1] 張本蘭等. SBR活性污泥法處理樂果生產廢水. 化工環保, 1994, 14(5): 284
[2] 楊偉強, 堿解-A/A/O-生物炭處理有機磷農藥廢水. 環境污染與防治, 1999, 21: 81-82
[3] 蔣永生等. 超聲波降解樂果的研究. 渝州大學學報(自然科學版). 2001, 18(4): 13-15
[4] 陳士夫. 光催化降解有機磷農藥廢水的可行性[J]. 環境工程, 1996, 14(3): 10-13
[5] M.K.N.yenkie, S.U.geissen and A. Vogelpohl. Biokinetics of wastewater treatment in the high performance compact reactor (HCR). The Chemical Engineering Journal, 1992(49): B1-B12
[6] 黃曉. 高負荷好氧生物法處理富硫酸鹽高濃度有機廢水的工藝研究. 桂林工學院碩士論文, 2002
[7] 魏復盛等編. 水和廢水監測分析方法[M]. 北京: 中國環境科學出版社, 1989
[8] 全向春等. 喹啉與葡萄糖共基質條件下生物降解的動力學分析. 環境科學學報, 2001, 21(4): 417-419 | 
