賀嵩邡¹，易辰俞²，戴友芝²
（1.湖南省環(huán)境監(jiān)測中心站，湖南 長沙 410004；2.湘潭大學(xué)環(huán)境工程系，湖南 湘潭 411105）

　　摘要：在有效容積27.6L的厭氧折流板反應(yīng)器中，處理預(yù)處理后的農(nóng)藥中間體甲基氯化物生產(chǎn)廢水，當(dāng)進(jìn)水CODcr為6421.5mg/L、HRT為94h時(shí)，CODcr的去除率可達(dá)68％，與廢水75％的生化極限接近。反應(yīng)器的處理效果隨溫度下降而降低，當(dāng)系統(tǒng)溫度由35℃下降至25℃時(shí)，反應(yīng)器的CODcr去除率下降12％。反應(yīng)器具有較強(qiáng)的耐濃度沖擊能力，沖擊后完全恢復(fù)需20d。
　　關(guān)鍵詞：有機(jī)磷；農(nóng)藥生產(chǎn)廢水；厭氧折流板反應(yīng)器；厭氧消化
　　中圖分類號：X703.3；X786
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
　　文章編號：1009-2455(2002)04-0026-03

Research on Anaerobic Baffled Reactor in
Treating Organic Phosphorous Pesticide Wastewater
HE Song-fang¹，YI Chen-yu²， DAI You-zhi²
（1．Hunan Environmental Monitoring Center，Changsha 410004，China；
2．Environmental Engineering Department，Xiangtan University，Xiangtan 411105，China）

　　Abstract：An anaerobic baffled reactor（ABR） with an effective volume of 27.6L was used to treated pesticide intermediate methyl chloride wastewater which had been pretreated．When CODcr of the influent was 6421.5mg/L，HRT was 94h，the removal efficiency of CODcr reached 68%，which is close to the removal limit of anaerobic biodegradability（75%）．The removal efficiency of the reactor reduced as the temperature decreased．When the temperature of the system dropped from 35℃ to 25℃，CODcr removal efficiency of the reactor reduced 12%．The reactor was of strong load shock resistance，and the overall recovery of the system needed 20 days．
　　Key words：organic phosphorous；pesticide wastewater；anaerobic baffled reactor；anaerobic digestion

　　厭氧折流板反應(yīng)器（anaerobic baffled reactor，ABR）是McCarty和Bachmann等人于1982年提出的一種新型高效厭氧反應(yīng)器^[1]。ABR中有多個(gè)豎立排列的隔板，使其形成一組升流式和降流式的厭氧污泥床。在單個(gè)反應(yīng)室內(nèi)，水力特性接近于完全混合式，而從整體效果上看，則近似于推流式，ABR的推流特性使其在處理對細(xì)菌有抑制或有毒的物質(zhì)時(shí)具有潛在的優(yōu)勢^[2-3]。但目前利用ABR處理實(shí)際的有毒廢水尚報(bào)導(dǎo)較少，本研究利用ABR處理有機(jī)磷農(nóng)藥中間體甲基氯化物生產(chǎn)廢水，考察了進(jìn)水濃度，水力停留時(shí)間，溫度變化以及濃度沖擊對ABR處理效果的影響。

1 試驗(yàn)裝置與工藝流程

　　試驗(yàn)用厭氧折流板反應(yīng)器，長×寬×高=500mm×150mm×500mm，有效容積27.6L。ABR分為5格反應(yīng)室，每室由上、下流室組成，另加沉淀室，每格頂部設(shè)有導(dǎo)氣口，側(cè)部設(shè)有取水樣口，整個(gè)反應(yīng)器安置在恒溫水浴內(nèi)，其溫度通過WMZK-03型溫控儀維持在35±1℃（考察溫度的影響時(shí)除外）。工藝流程如圖1所示。

2 實(shí)驗(yàn)水質(zhì)

　　甲基氯化物是生產(chǎn)絕大多數(shù)－硫代磷酸酯農(nóng)藥（如甲胺磷、對硫磷、殺螟松等）的重要中間體。在甲基氯化物的生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的堿性廢水，廢水中的甲基氯化物屬難生物降解類，此廢水目前仍沒有切實(shí)可行的處理技術(shù)。試驗(yàn)所用的廢水取自湖南某農(nóng)藥廠甲基氯化物生產(chǎn)車間甲醇回收塔殘液，經(jīng)鐵碳內(nèi)電解十石灰沉磷預(yù)處理后稀釋3～6倍作為ABR的進(jìn)水。其原廢水和預(yù)處理后出水的水質(zhì)情況見表1。

表1 甲基氯化物生產(chǎn)廢水及預(yù)處理出水水質(zhì) 水樣 CODcr/
(mg·L^-1) pH 有機(jī)磷/
(mg·L^-1) 無機(jī)磷/
(mg·L^-1) 硫化物/
(mg·L^-1) m(BOD₅)/m(CODcr) Cl-/
(g·L^-1) 不可生化COD占總
COD的比例/％ 原廢水 55456.3 12.08 9591.8 408.2 2259.9 0.107 108.8 30 預(yù)處理出水 20834.9 10.3 3777.3 12.4 534.0 0.302 87.5 25

3 接種污泥

　　反應(yīng)器的接種污泥取自某化纖廠污水處理站UASB回流污泥（約3/5）、某皮革廠厭氧塘污泥（約1/5）和該農(nóng)藥廠污水總排放口底泥（約1/5），混合后放入反應(yīng)器（污泥m(VSS)/m(SS)=19％），經(jīng)50d的共基質(zhì)（葡萄糖）培養(yǎng)馴化，污泥的產(chǎn)甲烷活性較好，污泥m(VSS)/m(SS)上升至35.5％。

4 試驗(yàn)結(jié)果與討論

4.1 進(jìn)水濃度、水力停留時(shí)間的影響
　　以預(yù)處理后的出水稀釋一定的倍數(shù)后，利用蠕動(dòng)泵進(jìn)水，測定進(jìn)、出水的CODcr、揮發(fā)酸（VFA）、碳酸氫堿度（HCO₃^-）、pH值等參數(shù)，試驗(yàn)考察了進(jìn)水濃度和水力停留時(shí)間（HRT）對反應(yīng)器的影響，反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

表2 穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)進(jìn)水濃度及HRT對ABR的影響 進(jìn)水CODcr/
(mg·L^-1) HRT/h E_COD/
％ 出水VFA/
(mg·L^-1) 第一階段 4158.4 47 36 920 第二階段 4038.5 94 57.5 680 第三階段 6421.3 94 56 830 第四階段 8056.5 94 53.6 2050

　　從表2可以看出，對于難降解的有毒廢水，水力停留時(shí)間對ABR處理效果的影響較大，隨停留時(shí)間的增大，ABR的處理效果明顯變好，而進(jìn)水CODcr濃度對E_COD的影響較小，當(dāng)HRT恒定為94h，進(jìn)水CODcr由4038.5增高至6421.3mg/L時(shí)，E_COD僅下降1.5％。
　　考慮到出水揮發(fā)性脂肪酸（VFA）形成的COD極易被后續(xù)的好氧曝氣池降解，將出水VFA830mg/L左右換算成已降解的COD后，ABR對廢水的CODcr去除率（E_COD）約達(dá)到70％左右，這與該廢水75％的生化極限接近，因此沒有必要再進(jìn)一步延長HRT。
　　試驗(yàn)在進(jìn)水pH值和反應(yīng)器溫度基本穩(wěn)定的條件下，選擇HRT和進(jìn)水CODcr濃度二個(gè)因素，進(jìn)行優(yōu)化回歸考察了兩者與反應(yīng)器去除效果之間的關(guān)系。試驗(yàn)因素與水平變化值見表3。

表3 試驗(yàn)因素與水平變化值 水平變化值 試驗(yàn)因素 CODcr/(g·L^-1) HRT/h 上水平（-1） 4 47 下水平（+1） 8 94 零水平（0） 6 70.5 變化區(qū)間（△） 2 23.5

　　試驗(yàn)得出水力停留時(shí)間對處理效果影響的顯著性遠(yuǎn)大于進(jìn)水CODcr濃度。回歸結(jié)論：E_COD(％)=45.78-7.86[CODcr(g/L)]+0.17[HRT(h)]+0.073[(CODcr(g/L)][HRT(h)]（在進(jìn)水CODcr4～8g/L、HRT47～94h的范圍內(nèi)適用）。在實(shí)際運(yùn)用中，可利用優(yōu)化回歸的結(jié)論指導(dǎo)運(yùn)行參數(shù)的選擇。
4.2 溫度變化的影響
　　在系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，維持進(jìn)水CODcr濃度6450mg/L左右、進(jìn)水HCO₃^-3420mg/L左右、停留時(shí)間94h不變，調(diào)節(jié)恒溫水浴值為25±1℃。考察溫度由35℃下降至25℃對ABR系統(tǒng)的影響。待其達(dá)到平衡后，又恢復(fù)水浴溫度，考察其恢復(fù)的規(guī)律。結(jié)果見圖2。

　　溫度從第95d由35℃降低至25℃，第98d的出水可視為全部在25℃的溫度下進(jìn)行降解。從圖2可看出，CODcr的去除率由55％降至38.5％，出水揮發(fā)酸由920mg/L左右上升至1747.8mg/L。可見，在降溫初期，去除率急劇下降，且出水揮發(fā)酸出現(xiàn)積累，可能是產(chǎn)甲烷菌首先受到抑制引起。在反應(yīng)器運(yùn)行的101d，當(dāng)系統(tǒng)適應(yīng)了調(diào)整的溫度后，CODcr去除率得到一定的回升，達(dá)到43％左右，然而較35℃時(shí)仍下降了約12％。這與Nachaiyasit等人^[4]在中等負(fù)荷以易降解物質(zhì)為基質(zhì)時(shí)，反應(yīng)器溫度由35℃降至25℃對ABR的去除效率無明顯影響的結(jié)論不同。可推測對于有毒難降解廢水，當(dāng)溫度改變時(shí)，ABR系統(tǒng)的處理效果也隨之發(fā)生相應(yīng)變化，但在一定范圍內(nèi)不會(huì)破壞整個(gè)系統(tǒng)。
　　當(dāng)系統(tǒng)自104d恢復(fù)35℃后，運(yùn)行5d處理效果即達(dá)穩(wěn)定，可見ABR系統(tǒng)對于溫度的變化恢復(fù)較為迅速。
4.3 濃度沖擊的影響
　　系統(tǒng)在恒溫35℃，停留時(shí)間94h條件下，反應(yīng)器的進(jìn)水由6426.5mg/L上升到10063.5mg/L進(jìn)水24h，此后又恢復(fù)6426.5mg/L的進(jìn)水。考察了反應(yīng)器在濃度沖擊后的恢復(fù)狀況，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見圖3。

　　從圖3可看出系統(tǒng)從沖擊開始到基本恢復(fù)大致分為如下四個(gè)階段：
　　階段Ⅰ：假穩(wěn)定段（110～113d），此階段由于停留時(shí)間較長，出水CODcr值僅有微小增加，VFA與HCO₃^-略有下降，整個(gè)系統(tǒng)似乎仍處于穩(wěn)定態(tài)，這主要是由反應(yīng)器的推流特性所決定。
　　階段Ⅱ：產(chǎn)酸、產(chǎn)甲烷抑制段（114～118d），此段產(chǎn)酸菌與產(chǎn)甲烷菌都嚴(yán)重受到抑制，反應(yīng)器基本上無氣體產(chǎn)生，出水CODcr急劇上升，出水的揮發(fā)酸由930mg/L降至210mg/L左右，出水堿度比進(jìn)水降低約500mg/L，系統(tǒng)的緩沖能力大大減弱。從圖3還可看出，HCO₃^-的最低值（第117d）比出水VFA的最低值（第115d）晚2d出現(xiàn)，即HCO₃^-的變化滯后于VFA約2d。
　　階段Ⅲ：產(chǎn)酸恢復(fù)段（119～122d）。根據(jù)廢水厭氧處理的微生物學(xué)與生物化學(xué)原理，復(fù)雜物料的厭氧生物降解可分為水解、酸化、產(chǎn)乙酸、產(chǎn)甲烷四個(gè)階段^[5]，每一階段由特定的微生物來完成。由圖3可見，此段出水VFA逐漸升高，而CODcr的去除率卻只有少量增加，表明酸化菌與產(chǎn)乙酸菌的活性逐漸恢復(fù)。
　　階段Ⅳ：產(chǎn)甲烷恢復(fù)段（123～129d），在產(chǎn)酸菌恢復(fù)的過程中，產(chǎn)甲烷菌逐漸恢復(fù)，反應(yīng)器產(chǎn)氣量開始增加，從圖中可以看出，出水VFA大量減少，HCO₃^-開始上升，產(chǎn)酸菌與產(chǎn)甲烷菌重新達(dá)到平衡，此時(shí)系統(tǒng)恢復(fù)平衡，CODcr的去除率重新達(dá)到55％。

5 結(jié)論

　　①利用ABR處理有機(jī)磷農(nóng)藥廢水，當(dāng)進(jìn)水CODcr高達(dá)6421.3mg/L時(shí)，CODcr的去除率可達(dá)到68％，與廢水75％的生化極限接近。
　　②ABR處理甲基氯化物生產(chǎn)廢水時(shí)，水力停留時(shí)間對系統(tǒng)的影響比進(jìn)水CODcr濃度顯著。
　　③系統(tǒng)溫度由35℃下降到25℃時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的CODcr去除率下降12％左右。反應(yīng)器內(nèi)的產(chǎn)甲烷菌首先受到抑制，并受到抑制的程度比產(chǎn)酸菌大。恢復(fù)溫度后，系統(tǒng)能較快恢復(fù)平衡。
　　④經(jīng)濃度沖擊后，系統(tǒng)依次經(jīng)歷假穩(wěn)定段、產(chǎn)酸與產(chǎn)甲烷被抑制段、產(chǎn)酸恢復(fù)段、產(chǎn)甲烷恢復(fù)段，整個(gè)過程約需20d左右。
　　⑤改變系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)時(shí)，出水堿度的變化通常滯后揮發(fā)酸2～3d，在實(shí)際運(yùn)用中，出水揮發(fā)酸更能表征系統(tǒng)的活性。

參考文獻(xiàn)：
[1]Bachmann A，beard VL，McCarty PL．Performance characteristics of the anaerobic ballled reactor[J]．Wat Res，1985，19(1)：99～106．
[2]Holt C J，Matthew R G S，Terzis E.A comparative study using the anaerobic baffled reactor to treat a phenolic wastewater．Proc 8th international conf on anaerobic digestion[C]．Sendi Japan，1997(2)：40～47．
[3]戴友芝，施漢昌，等．有毒物沖擊負(fù)荷對厭氧折流板反應(yīng)器的影響[J]．中國環(huán)境科學(xué)，2000，20(1)：40～44．
[4]Nachaiyasit S，Stucbey D C．Effect of low temperatures on the performance of an anaerobic baffled reactor(ABR)[J]．Journal Chem Tech Biotechnol，1997，69：276～284．
[5]賀延齡．廢水的厭氧生物處理[M]．北京：中國輕工業(yè)出版社，1998．

作者簡介：
賀嵩邡（1973～），男，湖南婁底人，助理工程師，1997年畢業(yè)于湘潭大學(xué)環(huán)境工程系，現(xiàn)正攻讀博士學(xué)位，主要從事環(huán)境監(jiān)測與治理方面的工作，電話(0731)5576034。