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)陽離子表面活性劑，系廣譜殺菌劑，對革蘭氏陰性、陽性菌，某些真菌、滴蟲和原蟲有效[3]，且具有化學性質穩定、耐熱、耐光、揮發性低、易溶于水等特點。目前對苯扎氯銨的研究均停留在觀察其對人體、動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。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]，廢水經收集后大部分被直接排入大海。全球范圍內每年消耗50萬t的QACs，在國內進出口貨物消毒過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，將對周邊水體及水生生態環境造成嚴重危害[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制，為今后運用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 試驗裝置及材料
混合床曝氣生物濾柱(MB-BAF)采用有機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，壓縮空氣經曝氣擴散器進入反應器。鼓風機、流量計和生物濾柱之間采用氣管連接;進水池、提升泵、生物濾柱之間采用水管連接。火山巖陶粒為法國Degremont公司生產的BioliteTM陶粒，粒徑為3~5 mm;貝殼生物陶粒采用牡蠣殼、黏土、硅酸鈉按質量比7∶2∶1于450 ℃高溫煅燒制成，粒徑為3~5 mm。試驗裝置見圖1。
圖1 MB-BAF反應器
污水從進水槽流出，通過蠕動泵加壓后進入生物濾柱底部，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，濾柱的水力停留時間為24 h。
1.2 試驗過程
試驗用消毒液主要有效成分為苯扎氯銨，質量分數為1.5%。在清洗地面、墻面和動物棲息場時按照1∶(20~40)的比例稀釋使用。試驗按照稀釋比分別為1∶40、1∶80、1∶160配制苯扎氯銨消毒廢水，充分混合后測定MB-BAF對廢水的處理效果，進水水質如表1所示。
1.3 測試方法
COD采用重鉻酸鉀滴定法測定，氨氮采用納氏試劑分光光度法測定，硝氮采用紫外分光光度法測定，亞硝氮采用鹽酸N-(1-萘)-乙二胺分光光度法測定，總氮采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定，pH使用Sartorius PB-10酸度計測量。
2 試驗結果
2.1 MB-BAF對COD的去除效果
圖2是在不同稀釋比下，MB-BAF對苯扎氯銨消毒廢水COD的去除效果。
圖2 MB-BAF對苯扎氯銨消毒廢水COD的處理效果
由圖2可以看出，MB-BAF對COD的去除效果很明顯，3種稀釋比下的去除率分別達到92%、89%、78%，增加消毒廢水的濃度后COD去除率有一定的降低。反應初期消毒廢水的COD去除率先上升后下降，這是由于一開始陶粒有一定吸附作用，致使反應初始階段COD去除率迅速升高，但當吸附達到飽和后，此時微生物生長還處于適應期，COD去除率開始下降;隨后微生物逐漸適應環境，馴化出能降解消毒劑的微生物，COD去除率又開始增加。增大消毒劑的濃度后，微生物的活性受到強烈抑制，并開始新一輪的適應，但由于消毒劑對微生物的毒性增強，導致COD去除率下降。MB-BAF運行穩定后出水的COD均達到《城市污水再生利用-城市雜用水水質》(GB/T 18920—2002)中的城市綠化用水標準。
2.2 MB-BAF對氨氮的去除效果
圖3是不同稀釋比下MB-BAF對苯扎氯銨消毒液中氨氮的去除效果。
圖3 MB-BAF對苯扎氯銨消毒廢水中氨氮的處理效果
由圖3可見，苯扎氯銨消毒廢水所含氨氮較低。MB-BAF對氨氮的去除率分別達到85%、73%、62%，且出水氨氮<1 mg/L，說明MB-BAF對苯扎氯銨消毒液的氨氮去除效果良好。MB-BAF出水氨氮可達到GB/T 18920—2002中的城市綠化用水標準。
2.3 MB-BAF對總氮的去除效果
圖4是MB-BAF對苯扎氯銨消毒廢水中總氮的去除效果。
圖4 MB-BAF對苯扎氯銨消毒廢水中總氮的處理效果
由圖4可見，苯扎氯銨消毒廢水的總氮含量不高，進水總氮<4 mg/L，在不同稀釋比下MB-BAF的出水總氮最高不超過2 mg/L;隨著進水消毒液的稀釋比由1∶80變至1∶40，MB-BAF對總氮的去除率降低，由82%降到58%。說明苯扎氯銨消毒廢水稀釋比為1∶40時，會嚴重影響MB-BAF對總氮的去除，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，致使總氮去除率逐漸降低。
2.4 MB-BAF處理過程中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pH變化情況
從圖5可看出，MB-BAF進水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行的產酸過程，硝化過程每轉化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程中產生的H+或代謝產生的含酸性化合物都會導致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的穩定。試驗中，MB-BAF進水濁度穩定在1.0 NTU，改變苯扎氯銨稀釋比后出水濁度急劇增加，隨后逐漸穩定，維持在3.0 NTU左右。這是由于改變進水的消毒劑濃度后，打破了MB-BAF中原有的生態系統平衡，大量微生物不能適應新環境而死亡，從陶粒上脫落，使得出水濁度增加;經過一定時間的馴化后，MB-BAF中的微生物又逐漸適應新環境，出水濁度重新趨于穩定。
2.5 MB-BAF的沿程處理效果
圖6是稀釋比為1∶80時苯扎氯銨消毒廢水中主要水質參數的沿程變化情況。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，但在底層微生物的作用下，有害物質逐漸分解轉變為對微生物無害或毒性較小的物質，因而上層微生物對COD的去除效果加強。隨著濾柱高度的上升，消毒廢水對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，氨氮和總氮的去除率增加。具體參見http://m.dongaorq.cn更多相關技術文檔。
圖6 稀釋比1∶80下MB-BAF的沿程處理效果
3 結論
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穩定在6.8左右。苯扎氯銨消毒廢水經過MB-BAF處理后，各項主要水質指標均達到《城市污水再生利用-城市雜用水水質》(GB/T 18920—2002)中的城市綠化用水標準。
