苯扎氯銨別名潔爾滅，是由正烷基取代的二甲基芐基氯化銨{〔C6H5CH2N(CH3)2R〕Cl}的同系物組成，這些正烷烴基R分別為C8H17、C10H21、C12H25、C14H29、C16H33和C18H37[1, 2] 。苯扎氯銨(BAC)是一種季銨鹽類(QACs)陽(yáng)離子表面活性劑，系廣譜殺菌劑，對(duì)革蘭氏陰性、陽(yáng)性菌，某些真菌、滴蟲(chóng)和原蟲(chóng)有效[3]，且具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐熱、耐光、揮發(fā)性低、易溶于水等特點(diǎn)。目前對(duì)苯扎氯銨的研究均停留在觀察其對(duì)人體、動(dòng)物以及微生物的影響上，如何有效處理排放的含苯扎氯銨廢水目前還鮮有報(bào)道。
苯扎氯銨具有廣譜、高效的殺菌滅藻能力，能有效控制水中菌藻繁殖和黏泥生長(zhǎng)。這類消毒廢水不僅含有懸浮物等，還含有一些難以生物降解的消毒殘留藥劑[4]，廢水經(jīng)收集后大部分被直接排入大海。全球范圍內(nèi)每年消耗50萬(wàn)t的QACs，在國(guó)內(nèi)進(jìn)出口貨物消毒過(guò)程中大量使用苯扎氯銨，這些消毒廢水被排放到污水處理廠或直接排放到地表水中，將對(duì)周邊水體及水生生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重危害[5, 6]。筆者首次采用混合床曝氣生物濾池(MB-BAF)處理含有苯扎氯銨的消毒廢水，探討其處理效果和降解機(jī)制，為今后運(yùn)用MB-BAF處理含苯扎氯銨消毒廢水提供參考。
1 材料和方法
1.1 試驗(yàn)裝置及材料
混合床曝氣生物濾柱(MB-BAF)采用有機(jī)PVC管加工而成，尺寸為D 70 mm×1 700 mm，濾板距離底部150 mm，礫石承托層高度為100 mm，填料選用火山巖陶粒和貝殼生物陶粒(體積比3∶1)，填充高度1 200 mm。在填料層的300、600、900、1 200 mm處分別設(shè)置取樣口，出水口高度1 600 mm，曝氣口位于距底部50 mm處，壓縮空氣經(jīng)曝氣擴(kuò)散器進(jìn)入反應(yīng)器。鼓風(fēng)機(jī)、流量計(jì)和生物濾柱之間采用氣管連接;進(jìn)水池、提升泵、生物濾柱之間采用水管連接?；鹕綆r陶粒為法國(guó)Degremont公司生產(chǎn)的BioliteTM陶粒，粒徑為3~5 mm;貝殼生物陶粒采用牡蠣殼、黏土、硅酸鈉按質(zhì)量比7∶2∶1于450 ℃高溫煅燒制成，粒徑為3~5 mm。試驗(yàn)裝置見(jiàn)圖1。
?圖1 MB-BAF反應(yīng)器
污水從進(jìn)水槽流出，通過(guò)蠕動(dòng)泵加壓后進(jìn)入生物濾柱底部，處理后從濾柱上方的出水口溢流出水。采用連續(xù)曝氣方式，生物濾柱的溶解氧控制在3~4.5 mg/L，濾柱的水力停留時(shí)間為24 h。
1.2 試驗(yàn)過(guò)程
試驗(yàn)用消毒液主要有效成分為苯扎氯銨，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%。在清洗地面、墻面和動(dòng)物棲息場(chǎng)時(shí)按照1∶(20~40)的比例稀釋使用。試驗(yàn)按照稀釋比分別為1∶40、1∶80、1∶160配制苯扎氯銨消毒廢水，充分混合后測(cè)定MB-BAF對(duì)廢水的處理效果，進(jìn)水水質(zhì)如表1所示。
1.3 測(cè)試方法
COD采用重鉻酸鉀滴定法測(cè)定，氨氮采用納氏試劑分光光度法測(cè)定，硝氮采用紫外分光光度法測(cè)定，亞硝氮采用鹽酸N-(1-萘)-乙二胺分光光度法測(cè)定，總氮采用堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法測(cè)定，pH使用Sartorius PB-10酸度計(jì)測(cè)量。
2 試驗(yàn)結(jié)果
2.1 MB-BAF對(duì)COD的去除效果
圖2是在不同稀釋比下，MB-BAF對(duì)苯扎氯銨消毒廢水COD的去除效果。
?圖2 MB-BAF對(duì)苯扎氯銨消毒廢水COD的處理效果
由圖2可以看出，MB-BAF對(duì)COD的去除效果很明顯，3種稀釋比下的去除率分別達(dá)到92%、89%、78%，增加消毒廢水的濃度后COD去除率有一定的降低。反應(yīng)初期消毒廢水的COD去除率先上升后下降，這是由于一開(kāi)始陶粒有一定吸附作用，致使反應(yīng)初始階段COD去除率迅速升高，但當(dāng)吸附達(dá)到飽和后，此時(shí)微生物生長(zhǎng)還處于適應(yīng)期，COD去除率開(kāi)始下降;隨后微生物逐漸適應(yīng)環(huán)境，馴化出能降解消毒劑的微生物，COD去除率又開(kāi)始增加。增大消毒劑的濃度后，微生物的活性受到強(qiáng)烈抑制，并開(kāi)始新一輪的適應(yīng)，但由于消毒劑對(duì)微生物的毒性增強(qiáng)，導(dǎo)致COD去除率下降。MB-BAF運(yùn)行穩(wěn)定后出水的COD均達(dá)到《城市污水再生利用-城市雜用水水質(zhì)》(GB/T 18920—2002)中的城市綠化用水標(biāo)準(zhǔn)。
2.2 MB-BAF對(duì)氨氮的去除效果
圖3是不同稀釋比下MB-BAF對(duì)苯扎氯銨消毒液中氨氮的去除效果。
?圖3 MB-BAF對(duì)苯扎氯銨消毒廢水中氨氮的處理效果
由圖3可見(jiàn)，苯扎氯銨消毒廢水所含氨氮較低。MB-BAF對(duì)氨氮的去除率分別達(dá)到85%、73%、62%，且出水氨氮<1 mg/L，說(shuō)明MB-BAF對(duì)苯扎氯銨消毒液的氨氮去除效果良好。MB-BAF出水氨氮可達(dá)到GB/T 18920—2002中的城市綠化用水標(biāo)準(zhǔn)。
2.3 MB-BAF對(duì)總氮的去除效果
圖4是MB-BAF對(duì)苯扎氯銨消毒廢水中總氮的去除效果。
??圖4 MB-BAF對(duì)苯扎氯銨消毒廢水中總氮的處理效果
由圖4可見(jiàn)，苯扎氯銨消毒廢水的總氮含量不高，進(jìn)水總氮<4 mg/L，在不同稀釋比下MB-BAF的出水總氮最高不超過(guò)2 mg/L;隨著進(jìn)水消毒液的稀釋比由1∶80變至1∶40，MB-BAF對(duì)總氮的去除率降低，由82%降到58%。說(shuō)明苯扎氯銨消毒廢水稀釋比為1∶40時(shí)，會(huì)嚴(yán)重影響MB-BAF對(duì)總氮的去除，這是由于廢水中較高濃度的苯扎氯銨抑制了微生物的生長(zhǎng)，致使總氮去除率逐漸降低。
2.4 MB-BAF處理過(guò)程中pH和濁度的變化
圖5為不同稀釋比下MB-BAF出水的pH變化情況。
??圖5 MB-BAF處理苯扎氯銨消毒廢水時(shí)pH變化情況
從圖5可看出，MB-BAF進(jìn)水pH隨苯扎氯銨濃度的增加而略有增加，變化范圍為6.8~7.2，出水pH較進(jìn)水略有降低，基本維持在6.8。由于氨氮硝化是亞硝化菌和硝化菌共同作用下進(jìn)行的產(chǎn)酸過(guò)程，硝化過(guò)程每轉(zhuǎn)化1 mg的氨氮，需要消耗7.07 mg的堿度[7]。微生物在降解消毒劑過(guò)程中產(chǎn)生的H+或代謝產(chǎn)生的含酸性化合物都會(huì)導(dǎo)致pH下降，而混合床濾柱中的貝殼生物陶粒含有CaCO3，在弱酸性條件下(pH為6.8)可為微生物提供堿度，維持MB-BAF出水pH的穩(wěn)定。試驗(yàn)中，MB-BAF進(jìn)水濁度穩(wěn)定在1.0 NTU，改變苯扎氯銨稀釋比后出水濁度急劇增加，隨后逐漸穩(wěn)定，維持在3.0 NTU左右。這是由于改變進(jìn)水的消毒劑濃度后，打破了MB-BAF中原有的生態(tài)系統(tǒng)平衡，大量微生物不能適應(yīng)新環(huán)境而死亡，從陶粒上脫落，使得出水濁度增加;經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的馴化后，MB-BAF中的微生物又逐漸適應(yīng)新環(huán)境，出水濁度重新趨于穩(wěn)定。
2.5 MB-BAF的沿程處理效果
圖6是稀釋比為1∶80時(shí)苯扎氯銨消毒廢水中主要水質(zhì)參數(shù)的沿程變化情況。由圖6可以看出，隨著濾柱高度的增加，COD、氨氮、總氮均顯著降低，隨著高度增加COD的降解趨勢(shì)加快，300、600、900、1 200 mm處的COD去除率分別為13%、33%、57%、91%。這是由于濾柱底部的微生物接觸的消毒廢水中所含苯扎氯銨濃度較高，抑制效果較強(qiáng)，但在底層微生物的作用下，有害物質(zhì)逐漸分解轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)微生物無(wú)害或毒性較小的物質(zhì)，因而上層微生物對(duì)COD的去除效果加強(qiáng)。隨著濾柱高度的上升，消毒廢水對(duì)微生物活性的抑制效果減弱，微生物的氨化作用和硝化作用加強(qiáng)，氨氮和總氮的去除率增加。具體參見(jiàn)污水技術(shù)資料更多相關(guān)技術(shù)文檔。
??圖6 稀釋比1∶80下MB-BAF的沿程處理效果
3 結(jié)論
采用火山巖陶粒和貝殼生物陶粒制備混合床生物濾柱，處理不同稀釋比下的苯扎氯銨消毒廢水，出水COD<20 mg/L，氨氮<1.0 mg/L，總氮<2 mg/L，pH穩(wěn)定在6.8左右。苯扎氯銨消毒廢水經(jīng)過(guò)MB-BAF處理后，各項(xiàng)主要水質(zhì)指標(biāo)均達(dá)到《城市污水再生利用-城市雜用水水質(zhì)》(GB/T 18920—2002)中的城市綠化用水標(biāo)準(zhǔn)。
