A2OMBR深度处理豆制品废水除碳脱氮的研究周保昌

第四届中国膜科学与技术报告会论文集2010年10月AZ+O(MBR)深度处理豆制品废水除碳脱氮的研究周保昌,陆晓峰,卞晓错,李景烨(中国科学院上海应用物理研究所,上海201800)摘要:采用EGSB+A十O(MBR)工艺处理豆制品废水除碳脱氮的研究.在相同的工况下,系统COD、NH3一N、TN总去除率分别大于99%,90%,80%.高浓度有机物大部分在EGSB反应器中得到降解,去除率大于85%,部分作为反稍化菌的碳源在缺氧池内被降解,其余有机物在好氧菌的作用下进一步去除;豆制品废水中有机氮首先在厌氧环境下转化为NH3一N,在MBR中由于膜对稍化菌的有效截留作用,NH3一N获得充分峭化,转化为亚峭酸氮或稍酸氮,然后在反峭化菌的作用下转化为氮气,从而获到较高的NH:一N、TN的去除效率.关键词:除碳脱氮;厌氧/缺氧/好氧;膜生物反应器;稍化与反峭化膜生物反应器(MBR)作为一种先进的污水处理技术,已广泛应用于市政、工业废水.膜生物反应器通过超、微滤膜组件的分离作用,可实现生化系统内部有效的泥水分离,省略了传统的二沉池,完全实现生物系统内水力停留时间(HRT)与污泥停留时间(SRT)的分离,从而获得更长的污泥停留时间以及更高的污泥浓度川.也就是说,膜生物反应器可在低的食料比条件下操作,获得更高的有机物降解效率以及低的污泥产率.生长周期相对较长的硝化菌在较长的污泥停留时间下能够大量繁殖,可实现高效、稳定地硝化反应,同时,通过膜生物反应器与缺氧工艺的结合,可实现有效的生物脱氮.豆制品废水属于典型的食品废水,是我国水体重大污染源之一豆制品废水通常含有高浓度的有机物(109/)L和总氮(600mg/)L,如直接排放对水体危害严重川.由于氮在水体富营养过程中作为营养源刺激水体生物生长,加重了环境污染,因此在污水处理过程中如何高效的去除氮越来越受到科研工作者的重视.传统污水处理方法对氨氮的去除主要通过好氧硝化菌的硝化与缺氧反硝化菌的反硝化完成,但运行稳定性与去除效率均不佳.MBR技术的发展使其能在更高的微生物浓度下提供世代周期较长的微生物生长环境,但是,要想通过MBR处理方法达到对总氮高效稳定地去除,必须将其与缺氧工艺联合起来.2A+0(MBR)组合工艺被证实能够高效地处理含高浓度有机物和氮的废水,同时在占地面积、处理效率、运行稳定方面相对传统技术具有较明显的优势.因此,笔者设计了一套实验规模的EGBS+A十0(MBR)联用技术,在环境温度为6一15℃情况下考察了该技术对豆制品类废水处理的效果,研究了该组合工艺中各阶段膜生物反应器对有机物,NH3一N,TN的去除效率,从而考察该组合工艺在低温环境下深度处理豆制品废水的可行性.1实验装置图1是本实验组合工艺的具体流程图,该系统主要由EGSB厌氧反应器,缺氧池和好氧膜生物反应器三个子系统构成.EGSB、缺氧池和MBR的有收稿日期:2010一09一18基金项目:上海市科技攻关项目(。8231200300)作者简介:周保昌(1981一),男,湖北人,助理研究员,主要研究方向为先进膜法水处理技术,电话:021一39194511,-Eanril:[e-mail].*联系人,电话:021一59555119,-Email:[e-mail].c几论文集周保昌等:AZ+0(MBR)深度处理豆制品废水除碳脱氮的研究·669·效容积分别为89L,40L和96L.EGSB反应器外层包裹循环水管和泡沫保温材料组成的保温层,反应器内温度控制为32一37℃;MBR由反应器、平板膜组件以及机电设备和控制系统组成,膜组件采用PVDF平片超滤膜,其平均孔径为0.1拌m,使用膜的总有效面积为lm“.1.调节池;2.水浴锅;3.蠕动泵1;4.EGSB;5.蠕动泵2;6.中间水池;7.蠕动泵3;8.缺氧池泊.蠕动泵4;10.M13R;n.蠕动泵5;12.曝气机;13.控制柜;14.C〔)2吸收瓶;15.水封瓶;16.气体流量计;17.液体流量计图1实验组合工艺流程图Fig.1cShematiediagramofe即erimentalcombiantionporeess豆制品废水原水用蠕动泵1输送至EGSB反应器底部,废水原水经过EGSB反应器处理后进人中间水池,进行泥水分离.分离后的浓缩污泥通过蠕动泵2回流至EGSB反应器,上清液通过蠕动泵3输送至缺氧池,自流人MBR池.MBR的混合液通过蠕动泵4回流至缺氧池底部,回流混合液同时具有搅拌缺氧池的功能.MBR的出水采用间歇运行的蠕动泵5自吸出水.EGSB反应器的温度通过自控系统控制在32一37℃,而缺氧池和MBR池为常温,实验期间室温范围为6一巧℃.来试图提高其对对氨氮、总氮的去除能力.本实验过程中,笔者观察到MBR活性污泥浓度没有大量的繁殖,因此缺氧池和MBR池均可在低温,无污泥排放条件下运行.2废水来源与水质实验所用豆制品废水采用市售黄豆研磨加水稀释而成,根据实验不同阶段采用的豆制品废水原水的进水COD浓度范围为1000一13000mg/L,NH3一N浓度范围为80一300mg/L3反应器的调试与运行EGSB十A+O(MBR)工艺的运行是在EGSB+O(MBR)工艺试验运行成功后的基础上进行的更深人的研究.EGSB+O(MBR)组合工艺处理豆制品废水的实验结果表明,其对有机物去除率可达到99%以上,但对氨氮、总氮去除能力不理想.因此,为了进一步优化处理工艺,在本文中增设了缺氧工艺4结果与讨论4.1对(X)D的去除4.1.1EGSB对COD的去除表1是EGSB反应器在180天运行过程中,进出水水质和去除率的情况.EGSB反应器在稳定运行期间表现了良好的有机物去除率,对COD去除率稳定在85%左右;BODS去除率在85%左右,同时随着实验的进行,污泥浓度从启动初期约139/L增长到约249/I一通过调整EGSB反应器进水有机物浓度以及水力停留时间,从图表1可以看出EGSB反应器存在最佳水力停留时间和有机负荷.水力停留时间越长,对有机物的去除能力也越强,但停留时间过长,一方面去除能力增长有限,另一方面影响反应器在实际应用中的建设投资及管理,因此从表1数据中可获得最佳水力停留时间为24h;随着EGSB反应器内有机负荷的不断提升,去除效率开始下降,从表1数据可得最佳进水有机负荷为10kg(/m3·d)COD.·670·膜科学与技术2010年表1EGSB反应器运行参数Talbe1TheoperationalparameterofEGSB停留时间(HRT)/h有机(C(〕1))负荷(/kg·耐·d一`)平均进水C()I)/(nlg·L一`)平均出水CO】〕/(mg·L一`)去除率/%483224242~6.57.5141000~13000100001000010000450~150013001300200050%~86%85%85%80%154一156天之间,EGSB系统达到最大有机负荷,出水水质变差,导致MBR最大进水C()D浓度达到3800mg/L,使得MBR出水COD大于100mg/L,待系统稳定后,MBR出水COD迅速降至50mg/L以下.因此可以说明MBR反应器对有机物具有较强的抗冲击能力及承受负荷的能力.同时从MBR池内COD及出水COD的变化曲线来看,随着进水COD的变化,引起了MBR池内COD值得波动,但始终出水COD较稳定,其主要由于膜的有效截留与分离作用,保证了出水水质一直稳定,这与其他人对MBR的研究结论是一致的〔3一5」.见图3.芝哥迷邢ódo口1008060402004.1.2缺氧池对COD的去除缺氧池进水来自EGSB反应器出水,因EGSB反应器出水在中间水池停留时间较长,使后端工艺进水温度基本与环境温度一致.缺氧池在165天后开始运行,缺氧池驯化污泥直接取至MBR回流混合污泥以及厌氧污泥.从图2可以看出缺氧池进水COD在800一1000mg/L之间,出水COD100一500mg/L之间,随着反应的进行,缺氧池内COD的去除率从30%上升至85%左右.缺氧池有机物主要作为反硝化菌碳源而被去除,COD的去除变化规律与下面讨论的T一N的去除率相似,因此说明随着实验的进行,反硝化效率的提高,伴随着反硝化菌对有机碳源的需求增加,从而COD的去除率也逐步提高.lweee~一一一-—一一一一】100一\/一尸彝:一又缨艺川一4000未加缺氛池~MBR进水coD。~MBR池内CoD。~MBR出水COD。江一一鱼丛里鱼一奋司~MBR池内eon户MBR出水CoDr{厂人去除率去除率0000006040内、,`曰lūlù比日í、二00口130140150160170180时间T/d0000000000000064,乙ǎ一lù呱日íó。00口160165170175时间Td/180185图2缺氧池进出水COcD:浓度及去除率的变化Fig.2VariationsofCOcDreoneentrationsofinfluent乙effluentandCOcDrremovaleffieieneieswithanoxie4.1.3MBR对CODor的去除MBR的运行经历了加缺氧和不加缺氧两个阶段.在不加缺氧运行时,MBR进水直接为EGBS反应器出水,进水COD浓度为1000一3500mg/IJ之间,处理出水COD稳定在25一50mg/L;加缺氧工艺后,MBR进水COD浓度在100一600mg/L之间,经处理后出水COD仍控制在25一50mg/L.在图3缺氧池进出水COcD:浓度及去除率的变化Fig.3variationsofCOcDreoneentrationsofinfluent乙effluentandC()I)rremovaleffieieneieswithMBR4.2对N玩一N的去除EGSB反应器的除氮功能已详细论述,在此不再详述.EGSB反应器内总氮主要是为微生物生长提供所需营养而被去除,TN的去除率在35%左右.因豆制品废水有机氮含量高,在EGSB反应器中,有机氮在氨化菌作用下,有机氮分解转化为NH:一N,而总氮去除有限,导致出水NH3一N大于进水NH3一N,出水NH3一N浓度大约在100一300mg/L之间.实验过程在未增设缺氧池之前,EGSB和MBR论文集周保昌等:A“+0(MBR)深度处理豆制品废水除碳脱氮的研究芝哥醒邢之户100806040200组合工艺在低温条件下,脱氮效果比较弱,对NH3一N、TN的去除效率均在30%一60%左右.MBR进出水NH3一N值分别为100一300mg/L,50一200mg/L;MBR进出水TN值分别为150一350mg/L,150一200mg/L.为进一步考察生物脱氮能力,在第161天在MBR前端增设缺氧工艺.当300%的回流比,充分的硝化可以获得82%的TN去除率困,故实验过程选择300%的回流比作为本试验的运行参数.缺氧工艺增设前后系统NH3一N出水情况见图.4口口一一一一:::长之粪少刹……。。/一一一加缺氧池池未未加缺氧池池池一一曰卜-A+MBR进水T一N___...MBR池内T一NNN///~一生竺翌竺T一“,,一ù成日à、之户155160165170175180185时间T/d芝哥渔邢砰州盛lnj|1080沁40200~320户户琴厂厂穿汾二二未未加缺气池一一阵``:::::加缺氛池-------价一二;;;1301401701804060800lù拭日à、子曰之~A+MBR进水NH:一N~MBR出水NH3一N`缺氧出水NH,一N150160时间Td/-州)-一州、-缺最出水NH3一N去除率MBR出水NH一N去除率NH3一N总去除率图4缺氧池进出水NH3一N浓度及去除率的变化Fig.4variationsofNH3一NeoneentrationsofinfluenteffluentandNH3一NremovaleffieieneieswithA+MBR从图4可以看出,在MBR反应器增设缺氧池前后,A+MBR对氨氮的去除率从30%一60%增长到90%,出水氨氮值小于15mg/L