赵文玉1，王启山1，刘康怀2，吴立波1，靳虹3，吴国平4，赵孟亮5
（1 南开大学，天津 300071；2 桂林工学院，广西桂林 541004；3 西安建筑科技大学设计研究院，陕西西安 710068；4 广东省顺德市环境监测站，广东顺德 528300；5 山东大成农药股份有限公司，山东淄博 255000） 摘 要：采用高效好氧生物反应器（HCR）对有机磷农药废水进行处理试验研究，分别进行了浓度冲击试验和负荷冲击试验。试验结果表明，HCR对有机磷农药废水有一定的处理效果，本文理论上对试验结果进了分析，并提出了进一步试验建议方案。
关键词：有机磷农药废水；HCR；共基质理论 有机磷农药废水中COD含量高达数万mg/L，主要为难降解的有机物。废水中的有机磷对微生物生长具有很强的抑制作用，长期以来，有机磷农药废水被认为是一种极难处理的高浓度有机废水。不少环境工作者纷纷致力于这方面的研究，现有的处理方法有：传统推流式活性污泥法、活性炭吸附法、碱解及湿式氧化法等。国内最常用的方法是活性污泥法[1]和碱解法[2]，也有不少学者采用超声波[3]和光催化氧化[4]技术对有机磷农药废水进行处理试验研究，这些研究都已经取得一定的效果。
某农药厂当前采用推流式活性污泥法处理其有机磷农药生产废水，该方法具有进水浓度低、有机容积负荷低等缺点，一方面需大量稀释高浓度有机磷农药废水，另一方面需占大量的土地。该厂为扩大生产，需改建或扩建污水处理设施，但受占地所限，需寻求一种先进的工艺以减少占地，节省投资。为此，该厂委托桂林工学院环境工程技术研究所进行有机磷农药废水的处理试验研究。 1 试验材料与方法 1.1 试验水样
本次试验所用废水由某农药生产企业提供，系用敌敌畏的生产废水和氧化乐果生产废水按一定比例配制而成的混合废水，水质资料见表1。 表1 敌敌畏合成废水与氧化乐果合成废水混合废水水质特征 | 水质指标 | CODCr | BOD5 | TOP | 总氮 | TS | SS | 盐度 | pH值 | | 单 位 | mg/L | mg/L | mg/L | mg/L | g/L | mg/L | g/L | － | | 指标值 | 40000～50000 | 15000～25000 | 3000～5000 | 0 | 130～140 | 100～200 | 60～80 | 6～7 |
1.2 试验设备
试验采用HCR[5]为主反应器，系统主要由反应器和沉淀池组成（图1），反应器有效容积为15 L，沉淀池有效容积为30 L。我们曾将这一技术成功地应用于南宁味精厂的废水治理工程中[6]，并取得了显著的环境效益和经济效益。
1.3 试验方法
本试验接种污泥采用某农药生产企业现有活性污泥系统的剩余污泥，经培养驯化而成。先进行浓度冲击试验，即固定进水流量，逐步增加进水COD，确定HCR能承受的最高进水COD和去除率较理想的进水COD；再进行负荷冲击试验，即固定进水流量在某COD值，逐步增加进水流量，确定HCR的最大容积负荷和最佳停留时间。 
1.4 分析测试项目及方法
试验运转过程的主要分析测试项目有：SV、MLSS、MLVSS、CODCr等，分析方法均采用环境监测统一标准[7]。
在试验过程中，对溶解氧浓度、进出水pH值、温度、活性污泥的性状随时进行监控，以便及时做出调整，保证HCR系统的正常运转。 2 试验结果与讨论 2.1 浓度冲击试验结果
本阶段进水流量保持在37.44 L/d，进水pH保持在9以上，控制HCR内溶解氧在3～5 mg/L，逐步增加进水COD，每运行两天取一次样。一般是在污泥被驯化稳定运行一周后再开始取样监测。
① 进水COD浓度与活性污泥的特性 
试验结果表明（图2），在以有机磷农药废水为单基质、采用HCR处理的情况下，随着进水COD的升高，微生物活性指标SV、MLSS、MLVSS、SVI、f（MLVSS/MLSS）有如下变化规律（表2）：
(1)MLSS、MLVSS、SV等微生物活性指标的变化规律相近，均表明在进水COD达到5300 mg/L时，HCR内微生物有一定的活性，一旦超过该值，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，其活性污泥泥粒细小，无机物含量高，缺乏活性；其f（MLVSS/MLVSS）在0.4以下，从另一角度表明活性污泥无机物含量高，因而缺乏活性。 表2 微生物活性指标随进水COD的变化规律 进水COD
(mg/L) | SV
(%) | MLSS
(g/L) | MLVSS
(g/L) | SVI
(mL/g) | f
(MLVSS/MLSS) | | <5300 | 变化不大，保持在8左右 | 逐步增加 | 逐步增加 | 逐步下降，幅度较小 | 基本上稳定
在0.35 ～ 0.4之间 | | 5300 | 7 | 达到4.943 | 达到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 进水COD浓度与COD去除效果关系 
由图3可看出，随着进水COD浓度的升高，COD去除率的变化情况分为两段：当进水COD浓度小于5300 mg/L时，随进水COD浓度增加，COD去除率增加；当进水COD大于5300 mg/L，随进水COD浓度增加，COD的去除率逐渐减少，最后去除率趋于零。COD容积负荷的变化规律与COD去除率差不多，也是在进水COD为5300 mg/L时最大。
③ 结果分析
由①和②结果可知，随着有机磷农药废水COD浓度的升高，活性污泥的特性与COD去除效果显示出相近的变化规律。分析其原因，一方面是由于废水中所含的残余有机磷农药对微生物具有毒性作用，而微生物的耐毒性又具有一个临界值[9]，超过该临界值，生物就会受到明显的抑制；另一方面是由于有机磷农药废水的含盐度很高，在废水COD为7000 mg/L时，其中的盐度就已达1%，而微生物所能接受的盐度极限值为10 000 mg/L，故进水COD超过7000 mg/L后，微生物的代谢反应就会受到明显的抑制，而COD的去除率也就会大幅度下降。
2.2 负荷冲击试验结果
本阶段试验在系统稳定运行后，将进水COD固定在4200 mg/L左右，同样要求HCR进水pH保持在9以上，控制HCR内溶解氧在3 ～ 5 mg/L，逐步增加进水流量，相当于逐步增加进水负荷和逐步缩短水力停留时间。
① 进水流量与活性污泥特性 
由试验结果知（图4），进水COD稳定在4200 mg/L左右，随着进水流量的增加，微生物活性指标SV、MLSS、MLVSS、SVI和f（MLVSS/MLSS）等有如下变化规律（表4 ～ 6）：
(1)MLSS、MLVSS、SV等微生物活性指标的变化规律相近，均表明当进水流量为78.24 L/d（COD进水负荷为21.9 kgCOD/(m3·d)）时，在HCR内微生物仍具有一定的活性，一旦超过该值时污泥就基本上失去活性。
(2)HCR活性污泥的SVI值维持在25 mL/g以下，其f（MLVSS/MLVSS）维持在0.3以下，均表明其污泥活性较差。 表3 微生物活性指标随进水流量的变化规律 进水流量
(L/d) | SV
(%) | MLSS
(g/L) | MLVSS
(g/L) | SVI
(mL/g) | f
(MLVSS/MLSS) | | ≤78.24 | 变化不大，保持在6%以上 | 变化不大，保持在3以上 | 变化不大，保持在0.8以上 | 变化不大，保持在20以上 | 基本上稳定在0.25 ～ 0.4之间 | | 85.96（连续运行四天） | 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（连续运行四天） | 最终降至0.2% | 最终降至0.594 | 最终降至0.042 | 最终降至3.37 | 最终降至0.07 |
② 进水流量与COD去除效果 
由试验结果知（图5），进水COD稳定在4200 mg/L左右时，随着进水流量的增加，COD去除率、COD容积负荷和有机磷去除率等表征HCR去除效果的指标呈现出如下变化规律：
出水COD、COD去除率、COD容积负荷、有机磷去除率等表征HCR处理效果的指标的变化规律相近，均表明当进水流量为78.24 L/d（COD进水负荷为21.9 kgCOD/(m3·d)）时，HCR具有一定的处理效果，一旦超过该值时处理效果就变得极差。
③ 结果分析
由以上试验结果知，保持进水COD大致不变的情况下，进水流量为78.24 L/d（COD进水负荷为21.9 kgCOD/(m3·d)）是HCR处理效果和微生物活性发生突变的转折点，进水流量增加到85.96 L/d时（COD进水负荷增加到23.9 kgCOD/(m3·d)），微生物的生长受到明显抑制，HCR处理效果也随着变差。分析其原因，由于进水量太大，导致水力停留时间太短（进水流量为78.24 L/d时水力停留时间为4.6 h，进水流量为85.96 L/d时水力停留时间为4.2 h，图6），进入反应器中的有毒物质有机磷农药不能及时降解，因此在反应器中浓度相对较高，从而达到抑制微生物生长的浓度，因此微生物生长受到抑制，从而处理效果受到影响。 
3 试验结论及存在问题 3.1 试验结论
通过HCR处理某农药厂有机磷农药废水的浓度冲击试验和负荷冲击试验可得出以下结论：
① 进水有机磷农药废水COD达到约6000 mg/L时，HCR仍具有一定的处理效果，比较适合的进水COD在5300 mg/L左右，此时COD去除率在50%左右。
② HCR处理有机磷农药废水的最短水力停留时间约为4.6 h，处理有机磷农药废水的最大容积负荷约为7.4 kgCOD/(m3·d)。
③ HCR对有机磷农药废水虽然有一定处理效果，容积负荷比推流式曝气池高，但去除率不高。
3.2 存在问题
① 由于有机磷农药废水对微生物有毒性作用，建议在进一步的试验中考虑一些预处理技术将废水中有机磷去除大部分。
② 文献[8]中应用共基质理论处理难降解有机物的试验研究，建议在进一步的试验中投加白糖作为共基质，研究在共基质条件HCR对有机磷农药的处理效果。 参考文献 [1] 张本兰等. SBR活性污泥法处理乐果生产废水. 化工环保, 1994, 14(5): 284
[2] 杨伟强, 碱解-A/A/O-生物炭处理有机磷农药废水. 环境污染与防治, 1999, 21: 81-82
[3] 蒋永生等. 超声波降解乐果的研究. 渝州大学学报(自然科学版). 2001, 18(4): 13-15
[4] 陈士夫. 光催化降解有机磷农药废水的可行性[J]. 环境工程, 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] 黄晓. 高负荷好氧生物法处理富硫酸盐高浓度有机废水的工艺研究. 桂林工学院硕士论文, 2002
[7] 魏复盛等编. 水和废水监测分析方法[M]. 北京: 中国环境科学出版社, 1989
[8] 全向春等. 喹啉与葡萄糖共基质条件下生物降解的动力学分析. 环境科学学报, 2001, 21(4): 417-419 | 
