天然橡膠加工廢水是含NH3-N 的高濃度有機廢水，采用培養、馴化后的MEM 菌生物強化厭氧—接觸氧化工藝處理此類廢水，以有效降低污染物濃度。試驗結果表明，在MEM 投加比例為1∶700、HRT 為168 h、氣水比為80∶1、曝氣配比為2∶1 的比較佳條件下，廢水的COD、BOD5、NH3-N、SS 去除率分別達到97.9%、99%、98.6%、93%，出水水質達到《污水綜合排放標準》(GB 8987-1996)的一級排放標準要求，有效提高了天然橡膠廢水的處理效果。
天然橡膠加工過程中排放的廢水是富含蛋白質、脂類、糖類、無機鹽和NH3-N 的高濃度有機廢水，其中COD、BOD5、NH3-N 等污染物的濃度超過《污水綜合排放標準》規定上限的幾十倍甚至數百倍，若不經綜合處理直接排放會導致河流富營養化，破壞生態平衡，危害人類生存環境。
生物法以其處理效果好、維護簡便、運行成本低等優勢，已被廣泛應用于處理天然橡膠加工廢水。其中，厭氧—好氧生物接觸氧化工藝具有處理效果好、污染物排放濃度低、抗沖擊能力強等優點，成為云南省橡膠行業推廣使用的廢水處理技術。橡膠廢水經該工藝處理能穩定達標的關鍵和難點在于必須保證足夠數量的有效微生物存在。近年來，研究高效菌種配方并將其按比例添加到廢水生化處理系統中，以提高或促進系統生物處理效率的技術已得到廣泛研究和應用，復合微生物技術就是其中之一。復合微生物菌群是由各種具有不同性質和作用的好氧和厭氧微生物組成的新型微生物活性菌劑。在適宜條件下，復合微生物菌群能快速生長繁殖并分解廢水中的污染物，同時依靠相互間的協同作用形成穩定而復雜的生態系統，并抑制有害微生物的生長繁殖，達到去除污染物和凈化水體的目的。但此類研究還存在微生物制劑針對性不強、易在水處理中流失和對污染物去除率不高等問題。筆者將自主研發的特種復合微生物菌群MEM 菌與厭氧—二級接觸氧化工藝結合處理天然橡膠加工廢水，并對其去除效果進行了試驗研究。
1 材料與方法
1.1 試驗用水
天然橡膠加工廢水成分復雜，除含有橡膠乳清外，還含有蛋白質、脂類、糖類和無機鹽等。試驗所用橡膠廢水取自景洪某制膠廠，廢水中主要污染物為COD、NH3-N、BOD5、SS 等，其水質為：pH 在6~9、COD 221 ~4 654 mg/L、NH3-N 11.27 ~474.86 mg/L、BOD5 52~1 049 mg/L、SS 52~6 409 mg/L。
1.2 試驗材料與裝置
試驗材料：MEM 菌;厭氧池和接觸氧化池所用填料為組合填料;試驗所用藥劑均為分析純。其中，MEM 菌是根據橡膠廢水特性和生物菌群要求，從景洪市景東大膠廠自有污水處理廠二沉池底泥中篩選、馴化、分離、培養出的復合微生物菌群，通過工業擴培得到可工業應用的復合微生物MEM 菌群液。培養基采用葡萄糖為碳源，牛肉膏為氮源，并添加磷酸氫鉀及MgSO4、CaCl2、FeSO4等;擴培時選用某農業廢液為培養基，同時加入適量的鹽類及微量元素。
裝置：有機玻璃自制長方體形厭氧—二級接觸氧化系統(厭氧池有效容積72 L，一、二級接觸氧化池有效容積均為24 L);兩個100 L的膠桶分別作為進水池和沉淀池;BT100-2J 蠕動泵(保定蘭格恒流泵有限公司);ACO-5505 可調式靜音氣泵(廣東海利集團有限公司);LZB-3 型空氣玻璃轉子流量計(江蘇科迪自動化儀表有限公司)。
1.3 分析方法
COD 采用重鉻酸鉀法測定，NH3-N 采用納氏試劑分光光度法測定，BOD5采用稀釋與接種法測定，SS 采用SS-1Z 智能懸浮物儀測定。
1.4 試驗流程
試驗工藝流程如圖1 所示。添加了MEM 菌種的天然橡膠廢水由進水池進入系統，厭氧池及接觸氧化池進、出水采用折流式設計，池中均掛有組合填料，接觸氧化池所需空氣由空氣泵鼓入，通過設在接觸氧化反應器底部的微孔曝氣頭均勻充氧。
2 結果與討論
2.1 系統掛膜啟動
試驗采用活性污泥接種培養法進行掛膜。掛膜過程中，V(MEM)∶V(水)為1∶1 000，進水流量保持在0.625 L/h，一級氣水比保持在50∶1，一級接觸氧化池與二級接觸氧化池的曝氣配比保持在2∶1。掛膜期間每天測定進、出水的COD 和NH3-N，并觀察填料表面的掛膜情況。
試驗結果表明，掛膜啟動后的前三天，系統對COD 的去除率由41.6%迅速上升至62.2%，第4 天COD 去除率下降，第5 天后去除率又開始穩步提高，第9 天時COD 去除率已接近88%左右;掛膜前7 天，系統對NH3-N 的去除率一直處于較快增長狀態，運行至第9 天時，NH3-N 去除率達到79.4%，再經過4 d 培養后NH3-N 比較終去除率提高到84.1%。運行至第11 天時，厭氧池不斷有小氣泡冒出，好氧反應池填料表面形成肉眼可見1~2 mm 厚的棕黃色黏質生物膜，并有大量絲狀絮體黏附其上，系統對COD、NH3-N 的去除率也逐漸穩定，此時認為系統掛膜成功。
2.2 MEM投加比例對處理效果的影響
試驗在水力停留時間為168 h、氣水比為70∶1、曝氣配比為2∶1的條件下進行，分別按V(MEM)∶V(水)為1∶1 500、1∶1 000、1∶700、1∶500的比例在進水池中一次性加入MEM 菌種，研究MEM 投加比例對COD、NH3-N 去除效果的影響，見圖2、圖3。
試驗結果表明，在一定投加范圍內MEM 菌種能夠增強系統對COD、NH3-N 的去除能力，其中MEM 投加量為1∶700 時對COD、NH3-N 的處理效果比較好。當菌種投加量低于1∶700 時，MEM 對COD、NH3-N 去除率隨投加量增大而升高，比較大增幅達4.5%、4.3%;當投加量繼續增大到1∶ 500 時，對COD、NH3-N 的去除率不僅沒有繼續增長，反而下降到88.7%、80.2%，這可能與進水COD、NH3-N 濃度增大有關，而且由于MEM 為復合菌種，過量投加會使菌液濃度過高，反而抑制有效生物菌的正常繁殖，而表現出MEM 菌種的表觀“無效性”或“負效果”，也進一步導致了出水水質的惡化。
2.3 HRT對處理效果的影響
固定V(MEM)∶V(水)為1∶700、氣水比為70∶1、曝氣配比為2∶1，考察HRT 對COD、NH3-N 處理效果的影響，見圖4、圖5。HRT 為144 h 時COD 去除率比較高，為95.2%，當HRT 從120 h 延長至144 h 時，系統對NH3-N 去除率提高了22.9%，當HRT 從144 h提高到168 h 時，NH3-N 去除率開始下降，之后停留時間繼續延長24 h，NH3-N 去除率僅上升1.7%。
試驗過程中，由于HRT 為168 h 和192 h 時系統進水負荷較低，大部分有機物在厭氧池中被降解，導致一、二級接觸氧化池COD 負荷過低，活性微生物新陳代謝能力降低、活性變差，繼而影響了氧化池及系統對COD、NH3-N 的去除率。考慮到試驗過程中未有效控制進水有機負荷而影響了試驗結果的準確性，如果提高HRT 為168、192 h 時的進水有機負荷，系統對COD 和NH3-N 的去除率應該會有所提高，故在查閱相關資料、結合一些工程實例的基礎上，選定后續試驗的比較佳HRT 為168 h。
2.4 氣水比對處理效果的影響
試驗在MEM 投加量為1∶700、HRT 為168 h、曝氣配比為2∶1 的條件下進行。試驗結果表明：氣水比對COD 的去除效果影響較大，隨著氣水比的逐漸提高，系統對COD 的去除率呈先上升后下降的變化趨勢。氣水比為80∶1 時，系統對COD 的去除率比較高(95.7%)，顯著高于其他水平時的去除效果。當氣水比由60∶1 增大到70∶1、80∶1 時，系統對NH3-N 去除率由92.5%提高至95.3%、98.2%，分別上升了2.8%、5.7%，氣水比繼續增大到90∶1 時，系統對NH3-N 的去除率迅速下降至82.2%。說明在適當范圍內氣水比的增加能促進好氧微生物對COD、NH3-N 的降解能力，但繼續增大氣水比會導致水流對生物膜的沖刷作用過于強烈，使填料表面的生物膜非正常脫落，造成微生物降解污染物的能力顯著下降。
2.5 曝氣配比對處理效果的影響
在MEM 投加量為1∶700、HRT 為168 h、氣水比為80∶1 的條件下，考察曝氣配比對COD、NH3-N 去除效果的影響。試驗結果表明：曝氣配比為1∶2 時，COD、NH3-N 的平均去除率為91.9%、92.8%;曝氣配比為1 ∶1 時，COD、NH3-N 平均去除率為94.6% 、96.8%;曝氣配比為2∶1 時，COD、NH3-N 平均去除率為96.7%、97.8%;曝氣配比為3∶1，COD、NH3-N 平均去除率為92%、94.3%。在一定范圍內，曝氣配比的增大使一級接觸氧化池在大量降解有機物的同時，也增強了微生物對NH3-N 的同化吸收作用及硝化作用，系統對污染物的去除率也相應提高。曝氣配比繼續增大，出現一級接觸氧化池中溶解氧濃度過高、二級接觸氧化池溶解氧濃度過低的現象，過高和過低的溶解氧均導致池中生物膜生物數量和活性降低，對NH3-N 的同化吸收作用不斷減弱，同時硝化作用也受到限制，導致系統對COD 和NH3-N 的去除率逐漸降低。
2.6 比較佳試驗條件及處理效果
由上述試驗結果可得到MEM 菌生物強化厭氧—接觸氧化工藝處理天然橡膠廢水的比較佳試驗條件：MEM 投加量為1∶700、HRT 為168 h、氣水比為80∶1、曝氣配比為2∶1。比較佳試驗條件下該工藝對橡膠廢水的處理效果見表1。試驗同時進行不投加MEM 菌的對比試驗，其比較佳試驗條件：HRT 為192 h、氣水比為70∶1、曝氣配比為2∶1。
如表1 所示，天然橡膠廢水經MEM 菌生物強化厭氧—接觸氧化工藝處理后，COD、BOD5、NH3-N、SS 的去除率分別達到97.9%、99%、98.6%、93%，各污染物出水濃度達到或優于《污水綜合排放標準》(GB8987-1996)的一級排放標準要求。不投加MEM 菌處理天然橡膠廢水時，COD、BOD5、NH3-N、SS 的去除率分別為91.6%、94.2%、91.3%、88.6%，均低于投加MEM 時的去除率，出水水質較差，出水COD 和BOD5均不能達到GB 8987-1996 一級排放標準，可見MEM 菌能有效強化厭氧—接觸氧化處理效果，能增強生物法對污染物的降解能力。具體參見http://www.dowater.com更多相關技術文檔。
3 結論
(1)采用厭氧—接觸氧化工藝處理天然橡膠廢水時，自主研發的MEM 菌種能夠增強系統對COD、NH3-N 的降解去除能力，適宜的MEM 投加比例為1∶700，此時系統對COD、NH3-N 的去除率分別為96.6%、98%。
(2)增加HRT 可提高COD、NH3-N 去除率，但各污染物去除率并不隨著HRT 的延長持續提高，綜合考慮各方面因素確定HRT 為168 h 較為合理。
(3)氣水比能夠影響COD、NH3-N 的去除效果，對COD 和NH3-N 的去除率而言，比較佳氣水比應為80∶1，此時系統對COD 和NH3-N 的處理效果比較好。
(4)隨著曝氣配比的增大，系統對COD、NH3-N的去除率呈現出先升高后降低的趨勢，曝氣配比為2∶1 時系統去除率比較高，顯著高于其他水平時對污染物的去除效果。
(5)用MEM 菌生物強化厭氧—接觸氧化工藝處理天然橡膠廢水時，其處理效果優于不投加MEM菌種的處理效果。在MEM 投加比例為1∶700、HRT為168 h、氣水比為80∶1、曝氣配比為2∶1 的比較佳試驗條件下，對COD、BOD5、NH3-N、SS 的去除率分別達到97.9%、99%、98.6%、93%，處理后出水COD、BOD5、NH3-N、SS 分別為79.2、13、1.79、42 mg/L，達到GB 8987—1996 的一級排放標準要求。
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