投加菌粉的活性污泥法处理医疗废水的研究

2023-10-19胡成宇王超然吕继良

湖北理工学院学报 2023年5期

胡成宇,何松,王超然,吕继良

(湖北理工学院环境科学与工程学院,湖北黄石435003)

0 引言

医疗废水来源复杂,污染物种类多,含有油酸、悬浮固体和动植物油等有害物质,具有空间污染、急性传染和潜伏性传染等潜在危害[1]。当前,医疗废水的处理技术比较成熟,微生物方法主要包括活性污泥法、生物接触氧化法、膜生物反应器和曝气生物滤池[2-4]。其中,活性污泥法的建设成本低、适应性强,得到了广泛应用。胡汪婷等[5]利用地埋式一体化A/O工艺处理医疗废水,出水能满足《医疗机构水污染物排放标准》(GB 18466—2005)和《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)要求。然而,活性污泥法存在着运行稳定性差和污泥易膨胀等缺点[6]。SBR工艺可控制一个单独的运作周期,能很好地解决活性污泥法中污泥膨胀的问题,并提升处理效率,确保稳定性。微生物菌剂可有效强化微生物对COD、TP和TN的去除效果,减少曝气时间、硝化时间以及污泥产生量,具有较好的经济效益。目前,投加微生物菌剂法作为一种强化处理技术已被应用于处理不同种类的废水。马琳等[7]利用复合微生物菌剂修复养殖水体,能有效降低水体中的氨氮、COD亚硝酸盐含量。马宏瑞等[8]在A/O工艺的O段投加2种硝化菌剂,对制革废水进行分段强化脱氮处理,可在72 h实现达标排放,去除率达96%,达标时间较直投菌粉时缩短了近50 h。

本研究采用SBR工艺分别驯化污泥和菌粉后处理医疗废水,通过考察污泥SV30、COD与氨氮等指标获得处理效果好的医疗废水处理方法,旨在为微生物菌剂在医疗废水处理中的应用提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 材料

1)医疗废水:取自湖北省黄石市某药业废水,放置于阴暗潮湿的环境中。

2)污泥:取自湖北省黄石市某医疗废水处理厂脱水后的干污泥,放置在冰箱冷冻室中。

3)菌粉:来源于湖北合新科技有限公司,可降解医疗废水中的有机污染物。

1.2 方法

1.2.1驯化方法

医疗废水的COD值约为33 000 mg/L。用2 L的塑料烧杯模拟SBR反应器,对污泥或(和)菌粉进行驯化,有效容积为1 L。采用磁力搅拌器模拟曝气装置,转速为1 300 rad/min。将医疗废水稀释30倍后,使COD=1 100～1 200 mg/L,用磷酸二氢钾(KH2PO4)和尿素调节C∶N∶P=100∶5∶1,pH=7～8,间歇投入塑料烧杯中进行驯化。在室温下采用2种模式对污泥或(和)菌粉进行驯化:①对污泥进行驯化,污泥接种量为15 g;②对污泥和菌粉进行驯化,菌粉在1%的红糖水中激活1 d后取用,菌粉与污泥完全混合后投加废水中,污泥接种量为15 g,菌粉接种量为2 g。驯化过程中,首先用50%有效容积驯化2 d,然后用70%有效容积驯化2 d,最后用100%有效容积驯化2 d,总共驯化6 d。每天进行3次曝气,每次间隔2 h,曝气3 h,日总曝气时长约为9 h,每2 d换1次水。

1.2.2不同的方法处理医疗废水

驯化完成后,采用与驯化过程中相同的驯化条件、工艺条件、操作条件和医疗废水,利用单独投加污泥(接种量为15 g)、单独投加菌粉(接种量为2 g)、污泥与菌粉混合后驯化(污泥和菌粉接种量分别为15 g和2 g)和污泥驯化后投加菌粉(污泥和菌粉接种量分别为15 g和2 g)等4种方法处理医疗废水15 d,废水负荷控制为0.4～0.5 kg COD/(kg MLSS·d)。将进水后的有效容积控制为1 L,每2 d监测水中的污泥SV30、COD、氨氮等指标。

1.2.3分析方法

采用微波消解法测定COD[9];采用纳氏试剂分光光度法测定氨氮含量[10];采用目测法测量污泥SV30[11],即泥水混合物在1 L量筒里沉淀30 min后目测得到沉淀污泥的占比。

2 结果与讨论

2.1 不同处理方法对污泥沉降性能与废水色度的影响

不同处理方法下污泥SV30随时间的变化图如图1所示。从图1可以看出,4种处理方法的污泥SV30随时间的变化趋势较一致。在污泥处理过程中,第1天的SV30与第15天的SV30基本一样,分别为25.25%和25.24%,SV30平均值为25.25%;在菌粉处理过程中,第15天的SV30较第1天下降6.61%,SV30平均值为30.9%;在污泥与菌粉混合后驯化处理过程中,第15天的SV30较第1天下降3.31%,SV30平均值为31.36%;在污泥驯化后投加菌粉处理过程中,第15天的SV30较第1天下降3.3%,SV30平均值为31.99%。这表明,4种处理方法中的污泥SV30数据均处在正常范围,污泥沉降性能与絮凝情况良好,且在医疗废水中投加菌粉后,污泥的沉降性能有所下降。

图1 不同处理方法下污泥SV30随时间的变化图

2.2 不同处理方法对COD去除率的影响

不同处理方法下的COD去除率如图2所示。由图2可知,4种方法处理医疗废水时,最大COD去除率分别为24%、51.18%、57.74%和61.65%,分别对应出现在第15天、第1天、第2天和第1天,COD去除率平均值分别为15.51%、39.06%、44.09%和48.08%。菌粉、污泥与菌粉混合后驯化和污泥驯化后投加菌粉处理医疗废水过程中的最大COD去除率、COD去除率平均值出现时间均高于和早于污泥处理过程,表明投加菌粉可提高医疗废水COD去除率,缩短医疗废水处理时间,从而降低医疗废水的处理成本。此外,向污泥中投加菌粉,有利于优势菌群大量繁殖,加速医疗废水中有机污染物降解,提高有机污染物的降解速率,可进一步降低医疗废水处理成本。污泥与菌粉混合后驯化和污泥驯化后投加菌粉处理医疗废水过程中的最大COD去除率和COD去除率平均值均高于菌粉处理医疗废水过程,表明污泥和菌粉协同降解医疗废水中的有机污染物的效果好于单独使用菌粉,也说明污泥和菌粉中的优势菌群互补,更有利于降解医疗废水中的有机污染物。在污泥、菌粉、污泥与菌粉混合后驯化和污泥驯化后投加菌粉处理医疗废水过程中,污泥与菌粉混合后驯化和污泥驯化后投加菌粉得到的最大COD去除率和COD去除率平均值较高,且最大COD去除率出现时间较早。

图2 不同处理方法下的COD去除率

2.3 不同处理方法对氨氮去除率的影响

不同处理方法下的氨氮去除率如图3所示。由图3可知,在4种方法处理医疗废水的过程中,最大氨氮去除率分别为33.8%、39.22%、32.44%和48.07%,分别对应出现在第1天、第1天、第2天和第1天,氨氮去除率平均值分别为22.71%、20.93%、21.24%和3.26%。对比可知,污泥驯化后投加菌粉处理医疗废水过程中得到的最大氨氮去除率最高。虽然污泥驯化后投加菌粉处理医疗废水过程中得到的最大氨氮去除率最高和最大氨氮去除率出现时间最早,但是中后期系统运行稳定性和处理效果差。因为随着处理时间增加,反硝化作用受到影响(反硝化作用须在DO低于0.5 mg/L条件下进行[12]),氨氮含量也增加,氨氮去除率显著下降。反硝化过程分为同化反硝化和异养反硝化作用,最终产物分别为有机氮化物和氮气[13]。这两种反硝化过程均有有机物的参与,有机氮化物可参与合成微生物细胞,异养反硝化有机物接受硝态氮给出的电子,同时氨氮也可作为电子受体,接受硝态氮给出的电子,以达到去除氨氮的效果[14]。由于反硝化作用受到影响,导致硝态氮不能给出电子,从而使氨氮不能被氧化,浓度增加,氨氮去除率下降。

图3 不同处理方法下的氨氮去除率

虽然菌粉处理医疗废水过程中得到的最大氨氮去除率高于污泥与菌粉混合后驯化处理医疗废水过程,但是污泥与菌粉混合后驯化处理医疗废水过程中得到的氨氮去除率平均值与菌粉处理医疗废水过程中得到的氨氮去除率平均值相近;污泥和污泥与菌粉混合后驯化处理医疗废水过程中得到的最大氨氮去除率和氨氮去除率平均值相近,说明投加菌粉后对氨氮去除率无促进作用。综合4种处理方法的COD和氨氮去除率、系统运行稳定性和废水处理成本来看,污泥与菌粉混合后驯化处理医疗废水为最佳工艺。