膜生物反应器(MBR)工艺作为一种新型水处理技术,其出水水质可靠、操作方式便捷、结构紧凑、占地面积小〔1〕,长期受到人们的青睐。然而由于膜组件成本高、抽吸出水消耗大,以及膜易污染等问题,严重制约了MBR 的全面推广应用〔2〕。自生动态膜(SDM)是指在过滤污泥混合物的过程中,微生物及其代谢产物在多孔支撑体表面上,通过循环沉淀所形成的膜分离层〔3〕。与常规分离膜相比,动态膜具有较多优势,如过滤压力小,采用重力自流出水,节省了运行能耗;采用大孔径材料来制作,降低了膜组件的造价;抗污染能力强,清洗方便等〔4〕。 化粪池废水中的氨氮浓度介于城市污水与高浓度氨氮工业废水之间,前者可以采用传统的生化脱氮工艺处理,后者可以采用吹脱法等物化方法处理。化粪池废水属于一种可生化处理的高浓度氨氮废水,采用物化脱氮法(如吹脱法)效率低,而用常规污水生物处理工艺又很难达到满意的处理效果。在传统生物脱氮工艺中,为维持良好的硝化效果,必须保证好氧单元污泥具有非常强的硝化能力; 但硝化菌是一类弱势菌种,要获得含高浓度硝化菌的活性污泥,必须大大延长污泥停留时间〔5〕。MBR 利用膜的分离作用,将污泥停留时间与水力停留时间完全分开,可以大幅提高污泥系统中硝化菌的浓度〔6〕。 笔者将传统的A/O 工艺与MBR 工艺结合,并以动态膜组件替代了传统的分离膜,构建了一套厌氧/好氧/动态膜生物反应器(A/O/DMBR),用于对高氨氮化粪池废水的处理,并考察了动态膜的特点、反应器的处理效果和系统的稳定性。 1 试验装置与方法 1.1 A/O/DMBR 系统
图 1 A/O/DMBR 试验装置 污水首先进入A 池,在此与由循环流作?a href='http://www.b15k.com/baike/224/271348.html' target='_blank' style='color:#136ec2'>孟禄亓髦罙 池的硝化污水混合,并发生反硝化作用,其中,A 池与O 池之间的挡板可以上下活动,进而调节硝化污水的回流比。然后,污水由A 池底部进入 O 池,其中的有机物和氨氮在O 池得到降解与转化。接着,污水进入S 池,并在S 池实现泥水分离,其中沉降于底部的污泥在循环流的作用下返回至O 池,清液进入M 池。在M 池,污水中的污染物得到进一步的生物降解,并被动态膜截留。最终,处理后的污水在重力作用下,经动态膜表面进入膜组件内部的清水收集管,并自流出系统。A/O/DMBR 工艺的优势表现在: (1)装置为一体式,结构简单,占地面积小;缺氧段、好氧段由挡板隔开,顶部和底部均连通,好氧单元的硝化污水可以在曝气循环流的作用下,直接回流至缺氧段,不需回流泵,降低了能耗。 (2)将A/O 与DMBR 结合,一方面发挥了MBR 的优势,提高了工艺的硝化效果和出水水质;另一方面,进水中绝大部分的污染物在A/O 单元得到降解,且通过中间沉淀池的初步泥水分离,大大降低了DMBR 单元的负荷,有利于减轻膜污染。 (3)采用动态膜替代常规分离膜,反应器出水为重力自流出水,节省了运行能耗;动态膜由廉价的过滤网制作而成,降低了投资成本;动态膜还具有膜通量高、抗污染能力强和清洗方便等优势。 1.2 动态膜组件 1.3 试验用水
1.4 测定项目与方法 2 结果与讨论 2.1 动态膜的形成与稳定 2.2 A/O/DMBR 处理效果 2.2.1 对COD 的去除效果
图 2 一体式A/O/DMBR 对COD 的去除效果 由图 2 可见,进水COD 波动较大,但反应器对 COD 的去除率一直较高,出水COD 在50 mg/L 以下,去除率为61.3%~90.2%,平均为81.5%。而且通过检测O 单元出水上清液中COD 可知,A 和O 单元是主要的COD 去除单元,去除率约占进水COD 的60%; 而DMBR 单元的去除率仅占进水COD 的 20%左右,主要去除机理是污泥系统对难降解COD 的进一步去除,以及动态膜对COD 的截留。 2.2.2 对氨氮的去除效果
图 3 一体式A/O/DMBR 对氨氮的去除效果 由图 3 可见,进水氨氮浓度较高,平均为126.6 mg/L,但反应器能够保持较好的氨氮去除效果。试验初期,氨氮去除率相对较低(65%),这主要是因为硝化菌生长速度较慢;之后,反应器对氨氮的去除率达到80.0%~95.0%,平均为87.0%,出水氨氮保持在30 mg/L 以下。动态膜本身对氨氮的去除作用很小,但它可以截留硝化菌,对硝化菌的富集起到了关键作用。总之,A/O/DMBR 对高浓度氨氮表现出良好的去除效果。 2.2.3 对总氮的去除效果
由图 4可见,反应器对总氮的去除率较低,平均去除率为30%。进水C/N 低、反硝化碳源不足是造成TN 去除不高的主要原因〔8〕。研究表明,要实现良好的TN 去除效果,C/N 需要大于4.6,而本试验所用化粪池废水C/N 仅1.56,因此,通过投加适量的反硝化外加碳源,可以达到更加满意的脱氮效果。 2.3 污泥的生化活性 2.3.1 比硝化活性
图 5 污泥的比硝化速率 由图 5 可以看出,氨氮浓度与运行时间呈负线性相关,好氧污泥的比硝化速率为2.79 mg/(g·h),说明A/O/DMBR 系统中的活性污泥具有较强的硝化活性。 2.3.2 比反硝化活性 2.4 A/O/DMBR 系统的稳定性分析 2.4.1 流量负荷冲击
由表 2 可知,流量冲击对出水COD 和氨氮的影响很小,说明该系统具有较强的抗流量冲击的能力。 2.4.2 有机负荷冲击
由表 3 可知,有机负荷冲击对出水COD、氨氮的影响不大,反应器表现出较好的抗有机负荷冲击能力。 3 结论 (2)一体式A/O/DMBR 具有较强的稳定性,流量冲击和有机负荷冲击对出水水质的影响不明显。 (3)一体式A/O/DMBR 可以用于可生化处理的高浓度氨氮废水的处理,包括化粪池废水、畜牧业废水等; 也可以用于吹脱法等物化方法处理后的高浓度氨氮工业废水的处理,特别是在分散性、小规模和难处理类废水的处理领域,该反应器具有广阔的应用前景。。 |