苯扎氯铵别名洁尔灭，是由正烷基取代的二甲基苄基氯化铵{〔C6H5CH2N(CH3)2R〕Cl}的同系物组成，这些正烷烃基R分别为C8H17、C10H21、C12H25、C14H29、C16H33和C18H37[1, 2] 。苯扎氯铵(BAC)是一种季铵盐类(QACs)阳离子表面活性剂，系广谱杀菌剂，对革兰氏阴性、阳性菌，某些真菌、滴虫和原虫有效[3]，且具有化学性质稳定、耐热、耐光、挥发性低、易溶于水等特点。目前对苯扎氯铵的研究均停留在观察其对人体、动物以及微生物的影响上，如何有效处理排放的含苯扎氯铵废水目前还鲜有报道。
苯扎氯铵具有广谱、高效的杀菌灭藻能力，能有效控制水中菌藻繁殖和黏泥生长。这类消毒废水不仅含有悬浮物等，还含有一些难以生物降解的消毒残留药剂[4]，废水经收集后大部分被直接排入大海。全球范围内每年消耗50万t的QACs，在国内进出口货物消毒过程中大量使用苯扎氯铵，这些消毒废水被排放到污水处理厂或直接排放到地表水中，将对周边水体及水生生态环境造成严重危害[5, 6]。笔者首次采用混合床曝气生物滤池(MB-BAF)处理含有苯扎氯铵的消毒废水，探讨其处理效果和降解机制，为今后运用MB-BAF处理含苯扎氯铵消毒废水提供参考。
1 材料和方法
1.1 试验装置及材料
混合床曝气生物滤柱(MB-BAF)采用有机PVC管加工而成，尺寸为D 70 mm×1 700 mm，滤板距离底部150 mm，砾石承托层高度为100 mm，填料选用火山岩陶粒和贝壳生物陶粒(体积比3∶1)，填充高度1 200 mm。在填料层的300、600、900、1 200 mm处分别设置取样口，出水口高度1 600 mm，曝气口位于距底部50 mm处，压缩空气经曝气扩散器进入反应器。鼓风机、流量计和生物滤柱之间采用气管连接;进水池、提升泵、生物滤柱之间采用水管连接。火山岩陶粒为法国Degremont公司生产的BioliteTM陶粒，粒径为3~5 mm;贝壳生物陶粒采用牡蛎壳、黏土、硅酸钠按质量比7∶2∶1于450 ℃高温煅烧制成，粒径为3~5 mm。试验装置见图1。
图1 MB-BAF反应器
污水从进水槽流出，通过蠕动泵加压后进入生物滤柱底部，处理后从滤柱上方的出水口溢流出水。采用连续曝气方式，生物滤柱的溶解氧控制在3~4.5 mg/L，滤柱的水力停留时间为24 h。
1.2 试验过程
试验用消毒液主要有效成分为苯扎氯铵，质量分数为1.5%。在清洗地面、墙面和动物栖息场时按照1∶(20~40)的比例稀释使用。试验按照稀释比分别为1∶40、1∶80、1∶160配制苯扎氯铵消毒废水，充分混合后测定MB-BAF对废水的处理效果，进水水质如表1所示。
1.3 测试方法
COD采用重铬酸钾滴定法测定，氨氮采用纳氏试剂分光光度法测定，硝氮采用紫外分光光度法测定，亚硝氮采用盐酸N-(1-萘)-乙二胺分光光度法测定，总氮采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定，pH使用Sartorius PB-10酸度计测量。
2 试验结果
2.1 MB-BAF对COD的去除效果
图2是在不同稀释比下，MB-BAF对苯扎氯铵消毒废水COD的去除效果。
图2 MB-BAF对苯扎氯铵消毒废水COD的处理效果
由图2可以看出，MB-BAF对COD的去除效果很明显，3种稀释比下的去除率分别达到92%、89%、78%，增加消毒废水的浓度后COD去除率有一定的降低。反应初期消毒废水的COD去除率先上升后下降，这是由于一开始陶粒有一定吸附作用，致使反应初始阶段COD去除率迅速升高，但当吸附达到饱和后，此时微生物生长还处于适应期，COD去除率开始下降;随后微生物逐渐适应环境，驯化出能降解消毒剂的微生物，COD去除率又开始增加。增大消毒剂的浓度后，微生物的活性受到强烈抑制，并开始新一轮的适应，但由于消毒剂对微生物的毒性增强，导致COD去除率下降。MB-BAF运行稳定后出水的COD均达到《城市污水再生利用-城市杂用水水质》(GB/T 18920—2002)中的城市绿化用水标准。
2.2 MB-BAF对氨氮的去除效果
图3是不同稀释比下MB-BAF对苯扎氯铵消毒液中氨氮的去除效果。
图3 MB-BAF对苯扎氯铵消毒废水中氨氮的处理效果
由图3可见，苯扎氯铵消毒废水所含氨氮较低。MB-BAF对氨氮的去除率分别达到85%、73%、62%，且出水氨氮<1 mg/L，说明MB-BAF对苯扎氯铵消毒液的氨氮去除效果良好。MB-BAF出水氨氮可达到GB/T 18920—2002中的城市绿化用水标准。
2.3 MB-BAF对总氮的去除效果
图4是MB-BAF对苯扎氯铵消毒废水中总氮的去除效果。
图4 MB-BAF对苯扎氯铵消毒废水中总氮的处理效果
由图4可见，苯扎氯铵消毒废水的总氮含量不高，进水总氮<4 mg/L，在不同稀释比下MB-BAF的出水总氮最高不超过2 mg/L;随着进水消毒液的稀释比由1∶80变至1∶40，MB-BAF对总氮的去除率降低，由82%降到58%。说明苯扎氯铵消毒废水稀释比为1∶40时，会严重影响MB-BAF对总氮的去除，这是由于废水中较高浓度的苯扎氯铵抑制了微生物的生长，致使总氮去除率逐渐降低。
2.4 MB-BAF处理过程中pH和浊度的变化
图5为不同稀释比下MB-BAF出水的pH变化情况。
图5 MB-BAF处理苯扎氯铵消毒废水时pH变化情况
从图5可看出，MB-BAF进水pH随苯扎氯铵浓度的增加而略有增加，变化范围为6.8~7.2，出水pH较进水略有降低，基本维持在6.8。由于氨氮硝化是亚硝化菌和硝化菌共同作用下进行的产酸过程，硝化过程每转化1 mg的氨氮，需要消耗7.07 mg的碱度[7]。微生物在降解消毒剂过程中产生的H+或代谢产生的含酸性化合物都会导致pH下降，而混合床滤柱中的贝壳生物陶粒含有CaCO3，在弱酸性条件下(pH为6.8)可为微生物提供碱度，维持MB-BAF出水pH的稳定。试验中，MB-BAF进水浊度稳定在1.0 NTU，改变苯扎氯铵稀释比后出水浊度急剧增加，随后逐渐稳定，维持在3.0 NTU左右。这是由于改变进水的消毒剂浓度后，打破了MB-BAF中原有的生态系统平衡，大量微生物不能适应新环境而死亡，从陶粒上脱落，使得出水浊度增加;经过一定时间的驯化后，MB-BAF中的微生物又逐渐适应新环境，出水浊度重新趋于稳定。
2.5 MB-BAF的沿程处理效果
图6是稀释比为1∶80时苯扎氯铵消毒废水中主要水质参数的沿程变化情况。由图6可以看出，随着滤柱高度的增加，COD、氨氮、总氮均显著降低，随着高度增加COD的降解趋势加快，300、600、900、1 200 mm处的COD去除率分别为13%、33%、57%、91%。这是由于滤柱底部的微生物接触的消毒废水中所含苯扎氯铵浓度较高，抑制效果较强，但在底层微生物的作用下，有害物质逐渐分解转变为对微生物无害或毒性较小的物质，因而上层微生物对COD的去除效果加强。随着滤柱高度的上升，消毒废水对微生物活性的抑制效果减弱，微生物的氨化作用和硝化作用加强，氨氮和总氮的去除率增加。具体参见污水技术资料更多相关技术文档。
图6 稀释比1∶80下MB-BAF的沿程处理效果
3 结论
采用火山岩陶粒和贝壳生物陶粒制备混合床生物滤柱，处理不同稀释比下的苯扎氯铵消毒废水，出水COD<20 mg/L，氨氮<1.0 mg/L，总氮<2 mg/L，pH稳定在6.8左右。苯扎氯铵消毒废水经过MB-BAF处理后，各项主要水质指标均达到《城市污水再生利用-城市杂用水水质》(GB/T 18920—2002)中的城市绿化用水标准。