目前，國內草甘膦生產(chǎn)工藝主要有甘氨酸法和亞氨基二乙酸法，其中采用甘氨酸法生產(chǎn)工藝的廠(chǎng)家約占80%。甘氨酸法生產(chǎn)工藝廢水主要包含母液和甲醇塔蒸餾出水。生產(chǎn)廠(chǎng)家采用多效濃縮工藝預處理母液，分離出其中的有機物與鹽分，進(jìn)而可通過(guò)定向轉化焚燒處理回收磷，大大降低了廢水中的COD、TP、NH3-N等主要水質(zhì)指標。草甘膦生產(chǎn)廢水具有排水量大，有機質(zhì)、有機磷、無(wú)機鹽含量高等特點(diǎn)，一直是農藥行業(yè)廢水處理的難題。常見(jiàn)的處理方法主要分為物理法、化學(xué)法和生物法3大類(lèi)。但單一的處理方法難以滿(mǎn)足廢水排放要求，實(shí)際生產(chǎn)中通常會(huì )采用不同工藝的組合處理草甘膦廢水，以實(shí)現達標排放的目的。

本研究選取江蘇某化工廠(chǎng)經(jīng)過(guò)四效濃縮預處理后的草甘膦生產(chǎn)廢水為目標水體，擬采用基于化工過(guò)程強化的固定化微生物處理技術(shù)，通過(guò)厭氧生化處理系統+好氧生化處理系統+化學(xué)深度除磷組合工藝1，與厭氧生物處理系統+好氧生物處理系統+反硝化生化處理系統+化學(xué)深度除磷組合工藝2作用，驗證2組工藝對該廠(chǎng)草甘膦廢水的處理效果，為其工業(yè)化應用提供基本參數依據。

1、實(shí)驗部分

1.1 草甘膦廢水

實(shí)驗采用江蘇某化工廠(chǎng)草甘膦廢水，體積流量2200～2672m3/d，其pH為6.5～7.5，COD為630～1450mg/L，總磷（TP）、氨氮（NH3-N）、總氮（TN）的質(zhì)量濃度分別為60～111、0.5～32、22～73mg/L。

1.2 實(shí)驗方法

采用固定化微生物技術(shù)，通過(guò)化工過(guò)程手段強化載體內外物質(zhì)的傳遞速率，減少因過(guò)水導致的微生物流失，進(jìn)而增強生化處理效果。設置保溫系統，其進(jìn)水控制生化反應器溫度在30～35℃。厭氧生化反應系統溶解氧（DO）的質(zhì)量濃度控制0.5mg/L以下，好氧生化反應系統DO的質(zhì)量濃度控制在2mg/L以上，各反應器停留時(shí)間（HRT）設置為6h。

固定化微生物載體及高效微生物菌群采購于蘭州某大學(xué)。微生物的培養及馴化過(guò)程為：載體投加約為反應器體積的80%，菌種投加質(zhì)量濃度為1g/L。在自來(lái)水中添加葡萄糖，控制水中COD由500mg/L在1周內逐漸上升至目標水體污染水平。培養2周后，反應器內已有足夠的微生物，根據工藝條件設置，對厭氧、好氧、反硝化3種生化反應器系統內的微生物進(jìn)行定向馴化強化，分別得到以厭氧細菌、好氧細菌、反硝化細菌為主體的微生物，進(jìn)而針對性地降解廢水中的污染物質(zhì)。

1.3 設計工藝

組合工藝1為厭氧生化處理系統+好氧生化處理系統+化學(xué)深度除磷，如圖1所示。

首先開(kāi)啟脈沖發(fā)生系統，調節保溫系統控制生化反應器溫度，進(jìn)水pH控制在6.5～7.5，目標水體經(jīng)厭氧生化處理器下端進(jìn)水，經(jīng)6h處理后由上端溢流至好氧生化反應器下端進(jìn)口，經(jīng)好氧生化降解6h后，由上端出口溢流進(jìn)入沉降罐中，添加質(zhì)量濃度4g/L混凝劑聚合氯化鋁鐵（PAFC）進(jìn)行化學(xué)深度除磷處理，反應完全去除沉淀后排出。

在組合工藝1好氧生化反應器的基礎上，增加1級反硝化生化反應器，形成厭氧生物處理系統+好氧生物處理系統+反硝化生化處理系統+化學(xué)深度除磷組合工藝2，如圖2所示。具體操作參考組合工藝1。

1.4 分析方法

COD采用微波閉式消解法進(jìn)行測定；NH3-N含量采用納氏試劑分光光度法進(jìn)行測定，TP含量采用鉬銻抗分光光度法進(jìn)行測定，TN采用堿性過(guò)硫酸鉀紫外分光光度法進(jìn)行測定；DO含量采用哈希溶解氧儀進(jìn)行測定，pH采用雷茲便攜式pH計進(jìn)行測定。

2、結果與討論

2.1 TP的去除效果

選擇連續1個(gè)月的草甘膦生產(chǎn)廢水作為目標水體，經(jīng)過(guò)工藝1處理后保持穩定運行，跟蹤水質(zhì)指標變化數據，TP含量變化見(jiàn)圖3。

由圖3可知，廢水依次經(jīng)過(guò)厭氧與好氧2級生物處理，TP含量總體呈現先上升后下降的趨勢。在厭氧階段，聚磷菌的生長(cháng)受到抑制，為了自身的生長(cháng)分解體內的聚磷酸鹽并釋放到環(huán)境中，致使TP含量上升。與此同時(shí)，吸附大量廢水中易降解的有機底物合成聚-β-羥基丁酸（PHB），為好氧吸磷提供碳源和能量。廢水進(jìn)入好氧處理系統后，活力恢復，在充分利用基質(zhì)的同時(shí)，從廢水中攝取大量溶解態(tài)磷酸鹽，合成聚磷酸鹽貯存于生物體內，隨污泥排出系統，從而出現好氧階段TP含量下降的現象。

但經(jīng)過(guò)厭氧與好氧2級生物反應系統后，TP含量未呈現顯著(zhù)下降趨勢。TP去除階段主要體現在化學(xué)深度除磷階段，經(jīng)混凝絮凝去除沉淀后，TP含量呈快速下降趨勢，TP的質(zhì)量濃度平均由77.39mg/L降至0.601mg/L，達到GB18918－2002的一級排放標準。TP的質(zhì)量濃度最低降至0.27mg/L，TP去除率平均高達99.2%，最高達99.73%，去除效果明顯。原因是經(jīng)過(guò)2級厭氧與好氧2級生化降解處理后，PAFC中的鐵離子與廢水中的磷酸鹽直接反應，生成磷酸鹽沉淀，并在磷酸鹽的絡(luò )合作用下，從而實(shí)現磷的吸附和去除。

2.2 COD的去除效果

圖4為組合工藝1對草甘膦廢水中COD的處理效果。

由圖4可知，COD的去除主要集中在厭氧和好氧生物處理工藝階段，尤其是厭氧階段，厭氧生物系統出水COD去除率平均高達55.21%，COD平均由1061mg/L降至478.3mg/L。經(jīng)過(guò)好氧處理工藝進(jìn)一步降解，COD去除率平均達到86.4%，COD進(jìn)一步降低至139.1mg/L。微生物通過(guò)自身的代謝活動(dòng)實(shí)現廢水中有機物質(zhì)的去除，厭氧階段對COD的去除主要依靠厭氧菌對大分子有機物的降解作用，將其轉化為甲烷、二氧化碳等小分子物質(zhì)，并為細胞生長(cháng)和繁殖提供了營(yíng)養物質(zhì)。除此之外，在厭氧釋磷過(guò)程中，生物細胞會(huì )吸收水中大量有機物質(zhì)，合成PHA貯存于體內，為后續的好氧釋磷提供碳源和能量。在好氧工藝中，通過(guò)好氧或兼氧微生物對廢水中有機污染物的降解作用，合成微生物細胞物質(zhì)，實(shí)現凈化廢水的目的。

目標水體經(jīng)過(guò)組合工藝1處理后，COD去除率平均高達94.84%，COD平均為52.3mg/L，遠低于該廠(chǎng)區納管排放標準500mg/L（GB18918－2002的三級標準）。

2.3 NH3-N的去除效果

圖5為組合工藝1對草甘膦廢水中NH3-N的處理效果。NH3-N經(jīng)處理后，處理效果顯著(zhù)，好氧處理系統出水NH3-N含量均為0，去除率已達100%，故圖5中未繪出。

由圖5可知，廢水首先進(jìn)入厭氧系統，水中的含氮物質(zhì)在微生物的氨化作用下，釋放出NH3-N，因此出現廢水經(jīng)厭氧系統處理后NH3-N含量上升的現象。厭氧系統出水進(jìn)入好氧處理系統，NH3-N依次在亞硝化細菌和硝化細菌的協(xié)同作用下，將NH3-N轉化為亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮，從而實(shí)現NH3-N的去除。

2.4 TN的去除效果

圖6為組合工藝1對草甘膦廢水中TN的處理效果。

由圖6可知，TN經(jīng)過(guò)工藝1的處理后，含量總體呈逐漸降低的趨勢。經(jīng)過(guò)微生物的同化作用及化學(xué)沉淀絮凝處理后，TN的質(zhì)量濃度平均由38.4mg/L降低至16.9mg/L，去除率平均水平僅有55.44%，其中出水中TN的質(zhì)量濃度最高達28mg/L。盡管目前對該廠(chǎng)草甘膦廢水TN含量無(wú)排放要求，鑒于環(huán)保管理政策尤其是針對草甘膦生產(chǎn)的要求日趨嚴格，且污染物排放總量控制嚴格，對于目標水體排放量巨大的廠(chǎng)家來(lái)說(shuō)，降低污染物含量是廢水達標排放的關(guān)鍵點(diǎn)。

由于組合工藝1的處理能力無(wú)法滿(mǎn)足廢水TN總量排放的要求，因此在工藝1的基礎上，增加反硝化生物處理系統，形成厭氧生物處理系統+好氧生物處理系統+反硝化生物處理系統+化學(xué)深度除磷組合工藝2，其對TN的處理效果見(jiàn)圖7。

由圖7可知，相較于工藝1，廢水經(jīng)過(guò)工藝2的處理后，TN含量有明顯的下降趨勢，TN去除率高達97.92%，平均為93.5%；TN的質(zhì)量濃度平均降至3.63mg/L，低于GB18918－2002的一級標準。由圖5可知，廢水經(jīng)生物好氧系統處理后，NH3-N的質(zhì)量濃度降至0mg/L，經(jīng)微生物的硝化作用，將廢水中的NH3-N全部轉換為硝態(tài)氮及亞硝態(tài)氮。此時(shí)，廢水進(jìn)一步進(jìn)入反硝化生物處理系統，反硝化細菌在厭氧條件下，以有機物為電子供體進(jìn)行厭氧呼吸，將廢水中的硝態(tài)氮還原為氮氣釋放到大氣中，從而實(shí)現去除氮的目的。

3、結論

通過(guò)化工過(guò)程強化手段與生物反應器的應用結合，在厭氧生物處理系統+好氧生物處理系統+PAFC化學(xué)深度除磷組合工藝1的作用下，該廠(chǎng)草甘膦出水中COD和TP、NH3-N、TN的質(zhì)量濃度分別達到52.3mg/L和0.601、0、16.9mg/L，其中COD和TP、NH3-N含量滿(mǎn)足GB18918－2002的一級標準。

為進(jìn)一步降低出水TN含量，設計厭氧生物處理系統+好氧生物處理系統+反硝化生物處理系統+PAFC化學(xué)深度除磷組合工藝2，成功使TN的質(zhì)量濃度降低至3.63mg/L，滿(mǎn)足GB18918－2002的一級標準。

該工藝改進(jìn)過(guò)程簡(jiǎn)單，操作方便，選用的除磷劑PAFC除磷效果顯著(zhù)、價(jià)格適中，具有一定的實(shí)際推廣意義。（來(lái)源：泰興市興安精細化工有限公司，生態(tài)環(huán)境部南京環(huán)境科學(xué)研究所，國家環(huán)境保護農藥環(huán)境評價(jià)與污染控制重點(diǎn)實(shí)驗室，鎮江江南化工有限公司）