刘江国 陈玉成

(1.重庆合川项目评审中心, 重庆 410520; 2.西南大学资源环境学院， 重庆 400716)

电流对SBBR法处理工业榨菜废水的影响研究

刘江国1陈玉成2

(1.重庆合川项目评审中心, 重庆 410520; 2.西南大学资源环境学院， 重庆 400716)

为提高SBBR系统处理工业榨菜废水能力，通入一定的电流，首先考察电流对COD的去除效果及SVI的变化情况，随后考察不同电流强度对COD、TN及TP的去除效果的影响。结果表明：当HRT:12 h，厌氧/缺氧：2 h，曝气：8 h，厌氧：1.5 h时，通入一定量的电流能提高SBBR系统对榨菜废水的处理能力；当电流强度为50 mA时，对COD、TN及TP的去除效果性价比最高，去除率分别为78.96%、69.49%及62.81%，出水浓度达到GB 8978—1996《污水综合排放标准》表2中的三类标准，为今后工业榨菜废水处理提供了参考。

工业榨菜废水；电流强度；SBBR

重庆是著名的榨菜之乡，合川、涪陵、万州等长江一线分布着数百家榨菜厂，每年将排出500万t高有机物、高盐、N、P的榨菜腌制废水，而大多数废水未经处理直接排入长江，给周边环境及生态带来严重污染和破坏。榨菜废水属于高盐废水中的一种，其处理方法主要有物化、生化、电化组合工艺或采用多种工艺组合。由于榨菜废水成分复杂含有多种难降解物质，一般处理工艺很难达到治理效果，同时极易造成二次污染。王立[1]指出，物化-生物组合处理工艺对榨菜废水处理具有较好效果。张永胜[2]指出，ASBBR反应器对COD的去除率达90%，同时对其它大分子物资具有较好的降解效果。李阳[3]向SBBR系统中通入一定量的电流处理城市污水，发现一定量的电流能提高系统的脱氮效率。李家详等[4]采用两级化学除磷+两相厌氧+CASS工艺处理榨菜废水，使排放出水达到综合排放一级标准。本文以涪陵珍溪镇吴家榨菜厂排放的榨菜废水为研究对象，结合当地实际情况，尝试采用电极SBBR系统对榨菜废水进行处理。

1 材料与方法

1.1 试验装置

试验装置(图1)由水箱、提升泵、人工控制系统及SBBR反应器组成。其中SBBR系统由4套规格(300 mm×250 mm×550 mm，有效容积35 L)相同的有机玻璃反应器并联而成，每个反应器内置直径为50 mm的半软性纤维填料(生物载体)，材质为聚乙烯硬脂塑料，密度为每个反应器6支，电流由直流稳

定电源通过石墨电极板(0.05 m2)提供，间距为15 cm，每个反应器底部设置4个砂芯微孔曝气头。

1.配水箱 2.提升泵 3.流量计 4.进水口 5.排水口6.排泥口 7.石墨电极板 8.曝气头 9.曝气泵10.直流电源 11.软性填料图1 试验装置

1.2 实验材料

试验污泥由重庆市北碚区污水处理厂氧化沟的好氧污泥接种重庆市涪陵区珍溪镇吴家榨菜厂污水排放口底泥驯化而成；试验用水取自重庆市涪陵区珍溪镇吴家榨菜厂排放榨菜废水，水质指标见表1。

表1 试验水质指标

1.3 电极对SBBR系统的影响

2组(4套)SBBR系统均用北碚区污水处理厂氧化沟的好氧污泥及涪陵区珍溪镇吴家榨菜厂污泥按1:1比例混合后，用低浓度榨菜废水对其进行驯化，工艺为进水、厌氧、曝气、沉淀、出水、闲置的方式进行，经过4.5个月后，污泥浓度控制在2 000～3 600 mg/L，DO浓度为5 mg/L，挂膜密度控制在30%，其中1组通入40 mA电流，另外一组不通入电流，再按工况(HRT:12 h，厌氧/缺氧：2 h，曝气：8 h，厌氧：1.5 h)运行33 d，每天定期监测1次工艺的进出水COD浓度及污泥体积指数(SVI)，对2个系统进行对比，确定最佳工艺。

1.4 最佳电流的确定

确定工艺后，在确定的工况情况下，分别向反应器中通入20、50、80、100、120、160、250 mA电流的情况下，考察其对COD、TN及TP的去除效果。

2 结果与讨论

2.1 电流对SBBR系统的影响

2.1.1 对COD的去除效果影响

按1.3中方式将污泥训化约4.5月后，系统处于稳定状态，此时污泥呈浅黄色，SV30保持在20%～30%，且COD去除率保持在63%以上，通过镜检可以看到很多螨游虫、纤毛虫及部分钟虫，表明挂膜成功，此时采用驯化成功的污泥，按工况(HRT 12 h，厌氧/缺氧 2 h，曝气 8 h，厌氧 1.5 h)运行33 d， COD及污泥SVI的变化情况如图2所示。

图2 SBBR系统及电极SBBR对COD的去除效果比较

从图2 可以看出，2套系统刚运行阶段均处于稳定，COD的去除率随运行时间的增加而增大，当电极SBBR运行到第6 d时，SBBR系统运行至第11 d时，对COD的去除效果均呈明显下降的趋势，这可能是由于系统中污染物对微生物的繁殖产生抑制作用，对处理系统产生一定冲击，又加上电流强度的影响，部分微生物无法承受带电流的高盐环境导致细胞脱水死亡，所以电极-SBBR较SBBR系统早出现COD的去除率降低的状况。随后COD的去除率又呈现缓慢调整至稳定的阶段，说明存活的微生物缓慢适应了当时的高盐环境，在一定的盐度条件下可以缓慢繁殖，随后电极-SBBR对COD的去除效果整体比SBBR系统好，这可能是由于通入的电流，使碳COD发生电解，为氮源降解反硝化过程提供C源，加快了污染物的分解速率。当系统运行到一定阶段后，2套系统均呈现出下滑的趋势，可能是由于污泥未及时更新，随时间的推移，污泥对水体中的盐分在菌胶团的作用下形成吸附而导致富集，致使微生物细胞脱水而死亡，导致处理效果变差。

2.1.2 对SVI值的影响

从图3 可以看出，2套系统的SVI值均处于稳定状态，当SBBR系统运行至第12 d时，呈现出明显的下降趋势，这可能是由于菌胶团散落或细菌大量死亡，导致污泥絮凝体结构发生变化，而电极SBBR系统运行至第20 d时出现SVI值缓慢下降，但降幅较SBBR系统小些，系统运行至第33 d时，电极-SBBR系统SVI值依旧较SBBR系统高，结合图2结果，充分表明对高盐榨菜废水的处理，电极SBBR系统比SBBR系统耐冲击负荷强，在通有适当电流的情况下运行的稳定性更好。但是随着时间的延长，SVI值依次呈下降趋势，通过镜检发现，大而密实的污泥絮体缓慢变得疏松，大量丝状菌群的范围密度也在不均匀地缩小，这是由于榨菜废水中，氯化钠形成了累计对微生物的生长产生了抑制作用从而影响了污泥沉降性能SVI值[5]，随盐度的增加有可能会导致污泥的恶化，将处理系统破坏。

图3 SBBR系统及电极-SBBR SVI的变化情况

从以上2套系统分别对COD的去除效果、SVI值的变化情况及系统运行的稳定性分析，可以看出电极-SBBR系统处理榨菜废水比SBBR系统更好，抗冲击负荷强。

2.2 最佳电流量的确定

2.2.1 电流强度对COD去除率的影响

从图4可以看出，随通入电流强度的增大，COD的去除效果呈现先增大后减小的趋势，当电流强度达到80～120 mA时，COD的去除率较稳定，能保持在83%左右，但电流强度继续增大，COD的去除率明显降低，可能是由于电压过大，超过了微生物生理极限 “被电死”导致系统效果差，因此对COD去除效果最佳电流强度为80 mA。

图4 电流强度对COD去除率的影响

2.2.2 电流强度对TN去除率的影响

从图5可以看出，TN的去除效果随电流的加大呈先升高后降低的趋势，当电流强度在50～120 mA时，TN的去除率从69.49%升高到73.36%，系统较稳定，此阶段的脱氮原理可能是由于通入的电流电解出H2，这可以为自养反硝化菌提供电子，实现生物脱氮；同时还能刺激异养反硝化菌的新陈代谢，同时由于电解因素发生氧化还原分别为生物反硝化提供氮源，反应产生CO2溶于水，系统中电离出H2CO3、HCO3、H+、H2等向生物膜内扩散，又对系统内pH值起到一定的缓冲作用，保持系统微生物的活性[6]。这样就间接地提高了SBBR系统的脱氮能力[7]。这就是自养反硝化菌在较低的电流密度条件下，能进行反硝化作用，并且保持较高的脱氮率的原因。当电流继续增大时，TN的去除效果明显降低，这是由于电流过大影响微生物的繁殖，因此可以说明电流强度对脱氮效果起着非常重要的作用，从处理效果及能耗的角度考虑，脱N的最佳电流强度是50 mA。

图5 电流强度对TN去除率的影响

2.2.3 电流强度对TP去除率的影响

由图6可以看出，当电流强度为50 mA时，系统对TP的去除效果最佳，达到了62.81%，随后伴随电流强度的增大而减小，当电流强度增大到250 mA时，系统对TP的去除率下降到了38.74%，这可能是系统里面电流过大，导致生物膜内的氢浓度过高，出现“氢抑制“现象[8]，也可能是电流强度已经超过了系统里面微生物的生存极限，一部分微生物生长受到抑制，另一部分微生物被电死。

综上所述，可知电极-SBBR法处理榨菜废水过程中，在通入一定电流的情况下使水中的盐电解，同时C在水解情况下产生CO2，H2O在电解作用下产生H2，发生阴阳离子交换，在反硝化细菌作用下，将系统中NO3-还原为N2，在曝气过程中通入O2的条件下，既可以为消化过程中提供碳源，使大分子有机物及盐等难降解的污染物得到很好的降解[9]。又可对系统稳定起一定的调节作用，污泥絮体更加密实，通过生物膜的吸附及体统中麟的释放达到有效除磷。综合考虑电极-SBBR系统运行成本及对COD、TN及TP的去除效果，电流强度保持在50 mA效益最佳。

图6 电流强度对TP去除率的影响

3 结论

(1) 通过SBBR系统在通电及未通电的运行情况，表明在通电情况下，SBBR系统对工业榨菜废水的污染物处理效果更好，整个系统运行更加稳定。这主要是由于工业榨菜废水成分复杂，污染物浓度高，属于低碳高氮废水，在高浓度盐的抑制下，采用常规的生化处理会造成碳源不足，微生物难以驯化及系统不稳定等问题达不到理想处理效果，采用电极-SBBR系统在微电流的条件下可以促进污染物及C的电解，为脱氮的反硝化提供碳源，提高处理效果。

(2) 通过处理工艺的筛选及单因子反复试验得出，当HRT:12 h，厌氧/缺氧：2 h，曝气：8 h，厌氧：1.5 h时，通入电流(强度为50 mA)时，对COD、TN及TP的去除效果性价比最高，去除率分别为78.96%、69.49%及62.81%。出水浓度达到GB 8978—1996《污水综合排放标准》表2中的三类标准，为当地环保主管部门提供污染防治依据及今后工业榨菜行业废水处理提供参考。

(3) 榨菜废水属于较难处理的高盐废水中的一种，结合本试验成果，有待进一步研究电极-SBBR法处理工业榨菜废水中污泥颗粒的变化情况，废水中污染物降解路径及氯化钠的转移方式等，希望上述问题得以解决后尽快将相关成果投入到实际应用当中去，以解决当前难题。

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The effect of electric current on SBBR treatment of mustard wastewater

Liu Jiangguo1, Chen Yucheng2

(1.Assessment Center of Hechuan District Investment Projects, Chongqing 401520; 2. College of Resources & Environment , Southwest University, Chongqing 400716, China)

in order to improve the treatment ability of industrial mustard wastewater, current was introduced to the SBBR system. At first we maintained the current at a constant intensity to observe the removal rate of COD and changing trends of SVI, and then changed the current intensity to investigate the effect of current with different intensity on the removal rates of COD, TN and TP. The results showed that at the following conditions: HRT: 12 h, time interval of anaerobic/anoxic: 2 h, aeration: 8 h, and anaerobic: 1.5 h, the treatment effect of SBBR system for industrial mustard wastewater could be improved with a certain level of current introduced. And when the current density was set at 50 mA, the best cost-performance could be achieved for COD, TN and TP removal. The removal rates reached up to 78.96%, 69.49% and 62.81% respectively, and the 3 pollutants in the effluent could meet the class 3 standard of Table 2 in Integrated Wastewater Discharge Standard (GB8978-1996). The conclusion of this paper may provide reference for treatment of industrial mustard wastewater in the future.

industrial mustard wastewater; electric current; SBBR

215-04-22； 2015-05-12修回

刘江国，男，1984年生，工程师，研究方向：市政给排水。E-mail:ljg200401@163.com

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