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第６卷 第９期环境工程学报Ｖｏｌ．６，Ｎｏ．９２０１２年９月ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｅｐ．２０１２ＭＢＢＲＳＡ工艺处理模拟大豆深加工废水厌氧出水及污泥减量化朱 毅１ 李晓霞２ 王 俊２ 李 春２（１石河子大学化学化工学院，石河子８３２００３；２北京理工大学生命学院，北京１０００８１）摘 要 针对大豆深加工高浓度有机废水厌氧出水的特点，采用移动床生物膜反应器沉淀池厌氧池（ＭＢＢＲＳＡ）工艺进行处理，重点考察了其ＣＯＤ去除、脱氮以及污泥减量化的性能。处理前厌氧出水水质参数为ＣＯＤ１３５０～１８５１ｍｇ／Ｌ、ＴＮ４５～７３ｍｇ／Ｌ和ＴＰ３５～５５ｍｇ／Ｌ。结果表明，经过７０ｄ的运行，在最佳水力停留时间（ＨＲＴ）１６８ｄ与最佳回流比０７５条件下，出水平均ＣＯＤ、ＴＮ和ＮＨ＋４Ｎ浓度分别为９１５、１２４和１１４ｍｇ／Ｌ，分别达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准》二级标准、二级标准和一级Ｂ标准，其平均去除率分别为９６０％、８７４％和８８３％；该工艺未排放剩余污泥，其表观污泥产率为０１３，比ＭＢＢＲ降低了４３５％，具有明显的污泥减量化特性。关键词 大豆深加工废水 厌氧出水 ＭＢＢＲＳＡ 脱氮 污泥减量化中图分类号 Ｘ７０３１ 文献标识码 Ａ 文章编号 １６７３９１０８（２０１２）０９２９９５０６ＴｒｅａｔｍｅｎｔｏｆａｎａｅｒｏｂｉｃｅｆｆｌｕｅｎｔｆｒｏｍｓｙｎｔｈｅｔｉｃｓｏｙｂｅａｎｆｕｒｔｈｅｒｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｗａｓｔｅｗａｔｅｒａｎｄｓｌｕｄｇｅｒｅｄｕｃｔｉｏｎｂｙＭＢＢＲＳＡｐｒｏｃｅｓｓＺｈｕＹｉ１ ＬｉＸｉａｏｘｉａ２ ＷａｎｇＪｕｎ２ ＬｉＣｈｕｎ２（１ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈｉｈｅｚｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｉｈｅｚｉ８３２００３，Ｃｈｉｎａ；２ＳｃｈｏｏｌｏｆＬｉｆｅＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆａｎａｅｒｏｂｉｃｅｆｆｌｕｅｎｔｆｒｏｍｔｈｅｓｏｙｂｅａｎｆｕｒｔｈｅｒｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｗａｓｔｅｗａｔｅｒ，ＭＢＢＲＳｅｔｔｌｉｎｇＡｎａｅｒｏｂｉｃ（ＭＢＢＲＳＡ）ｓｙｓｔｅｍｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｏｐｅｒａｔｅｄｗｉｔｈｔｈｅｓｙｎｔｈｅｔｉｃｓｏｙｂｅａｎｗａｓｔｅｗａｔｅｒｗｈｉｃｈｗｉｔｈＣＯＤｏｆ１３５０～１８５１ｍｇ／Ｌ，ＴＮｏｆ４５～７３ｍｇ／ＬａｎｄＴＰｏｆ３５～５５ｍｇ／Ｌ，ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆＣＯＤｒｅｍｏｖａｌａｎｄｎｉｔｒｏｇｅｎｒｅｍｏｖａｌｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄＤｕｒｉｎｇ７０ｄａｙｓｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ａｇｏｏｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｗａｓｓｈｏｗｎｉｎｔｈｅＭＢＢＲＳＡｓｙｓｔｅｍｗｈｅｎｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｈｙｄｒａｕｌｉｃｒｅｔｅｎｔｉｏｎｔｉｍｅ（ＨＲＴ）ａｎｄｒｅｆｌｕｘｒａｔｉｏｗｅｒｅ１６８ｄａｎｄ０７５，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙＴｈｅｔｒｅａｔｅｄｅｆｆｌｕｅｎｔｌｅｖｅｌｓｏｆＣＯＤ，ＴＮ，ＮＨ＋４Ｎｒｅｍａｉｎｅｄｂｅｌｏｗ９１５ｍｇ／Ｌ，１２４ｍｇ／Ｌ，１１４ｍｇ／Ｌ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙａｎｄｍｅｔＣｌａｓｓＩＩｓｔａｎｄａｒｄ，ＣｌａｓｓＩＩｓｔａｎｄａｒｄａｎｄＣｌａｓｓＩＢＳｔａｎｄａｒｄｏｆＤｉｓｃｈａｒｇｅＳｔａｎｄａｒｄｏｆＰｏｌｌｕｔａｎｔｓｆｏｒＭｕｎｉｃｉｐａｌＷａｓｔｅｗａｔｅｒＴｒｅａｔｍｅｎｔＰｌａｎｔ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙＴｈｅａｖｅｒａｇｅｒｅｍｏｖａｌｅｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓｏｆＣＯＤ，ＴＮａｎｄＮＨ＋４Ｎｉｎｅｆｆｌｕｅｎｔｗｅｒｅ９６０％，８７４％ａｎｄ８８３％，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙｕｎｄｅｒｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｏｐｅｒａｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓＴｈｅｒｅｓｉｄｕａｌｓｌｕｄｇｅｗａｓｎｏｔｄｉｓｃｈａｒｇｅｄａｎｄｔｈｅｏｂｓｅｒｖｅｄｓｌｕｄｇｅｙｉｅｌｄｗａｓ０１３，ｗｈｉｃｈｒｅｄｕｃｅｄｂｙ４３５％ｔｈａｎＭＢＢＲＲｅｍａｒｋａｂｌｅｏｎｓｉｔｅｓｌｕｄｇｅｒｅｄｕｃｔｉｏｎｗａｓｒｅａｌｉｚｅｄｂｙＭＢＢＲＳＡｓｙｓｔｅｍＫｅｙｗｏｒｄｓ ｓｏｙｂｅａｎｆｕｒｔｈｅｒｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｗａｓｔｅｗａｔｅｒ；ａｎａｅｒｏｂｉｃｅｆｆｌｕｅｎｔ；ＭＢＢＲＳＡ；ｎｉｔｒｏｇｅｎｒｅｍｏｖａｌ；ｓｌｕｄｇｅｒｅｄｕｃｔｉｏｎ基金项目：国家“水体污染控制与治理”科技重大专项（２００８ＺＸ０７２０７００３０３）收稿日期：２０１１－０１－２８；修订日期：２０１１－０３－３１作者简介：朱毅（１９８４～），男，硕士研究生，主要从事水污染控制技术研究工作。Ｅｍａｉｌ：ｚｈｕｙｉ１９８４０４２２＠１６３ｃｏｍ通讯联系人，Ｅｍａｉｌ：ｌｉｃｈｕｎ＠ｂｉｔｅｄｕｃｎ 近年来，随着大豆深加工行业的迅速发展，大豆分离蛋白生产过程中排放出大量的有机废水，其中ＣＯＤ高达３００００ｍｇ／Ｌ，ＢＯＤ为１５０００ｍｇ／Ｌ左右［１］；经过厌氧处理，如厌氧折流板反应器（ＡＢＲ）、上流式厌氧污泥床反应器（ＵＡＳＢ）和内循环反应器（ＩＣ）处理［２，３］，其ＣＯＤ降至约１５００ｍｇ／Ｌ，仍需后续处理，并且氮的去除较差，处理后氨氮约为５０ｍｇ／Ｌ［２，４，５］。这些氮排入水中，会引起水体富营养化程度加剧，藻类大量繁殖，溶解氧耗竭，水质恶化。而氮的去除主要由ＳＢＲ、ＵＣＴ、Ａ２Ｏ等生物脱氮工艺的硝化、反硝化作用进行［６，７］。这类系统均属于活性污泥处理系统，它们的主要缺点是产生大量剩余环境工程学报第６卷污泥［８］。剩余污泥的处理不但增加了污水处理的成本，而且容易对环境造成二次污染。因此，目前对实现脱氮与同步剩余污泥减量化技术的需求越来越紧迫。污泥减量化的途径主要有维持代谢、代谢解偶联、隐性增长和捕食效应［９１３］。其中，移动床生物膜反应器（ｍｏｖｉｎｇｂｅｄｂｉｏｆｉｌｍｒｅａｃｔｏｒ）是利用悬浮载体将活性微生物进行固定化，形成生物膜，从而增加微生物的维持代谢作用，减少微生物净生成量。同时由于生物膜内外部环境的差异，在反应器内形成了好氧兼性厌氧微环境，有利于发生同步硝化反硝化，从而实现氮的有效去除［１４］；而好氧沉淀厌氧（ＯＳＡ）工艺是通过好氧厌氧交替的环境，促使微生物进行代谢解偶联，从而实现剩余污泥原位减量化［１５１７］。针对大豆深加工废水厌氧出水的特点，将移动床生物膜反应器和ＯＳＡ工艺相结合，设计了移动床生物膜反应器沉淀池厌氧池（ＭＢＢＲＳＡ）工艺。在降低污泥负荷（Ｆ／Ｍ）、延长污泥停留时间［１８］的同时，重点考察了ＭＢＢＲＳＡ工艺对ＣＯＤ去除、脱氮以及污泥减量化的性能。１ 材料和方法１１ 实验装置及流程ＭＢＢＲＳＡ工艺如图１所示，由移动床生物膜反应器（ＭＢＢＲ）、沉淀池和厌氧池３部分构成。ＭＢＢＲ有效体积８１９Ｌ，内部填充聚乙烯悬浮载体（直径２５ｍｍ，厚１０～１２ｍｍ，密度１１０ｋｇ／ｍ３，比表面积≥５００ｍ２／ｍ３），如图２所示，载体填充率为３０％，空气由底部环形多孔曝气头通入。厌氧池和沉淀池体积均为１２Ｌ，且沉淀池出水口处设置一层过滤网。图１ ＭＢＢＲＳＡ装置及流程图Ｆｉｇ１ ＳｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆＭＢＢＲｓｅｔｔｌｉｎｇａｎａｅｒｏｂｉｃ（ＭＢＢＲＳＡ）ｓｙｓｔｅｍ图２ ＭＢＢＲ中的聚乙烯悬浮载体Ｆｉｇ２ ＰｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｃａｒｒｉｅｒｓｉｎＭＢＢＲ废水通过ＭＢＢＲ处理后进入沉淀池，上清液作为出水排出，沉淀通过厌氧池处理后，回流至ＭＢＢＲ。１２ 废水和污泥对黑龙江某大豆深加工企业污水厂厌氧出水进行多次取样分析，各项水质参数分别为ＣＯＤ１３５０～１８５１ｍｇ／Ｌ，ＢＯＤ５９５０～１３００ｍｇ／Ｌ，ＴＰ３５～５５ｍｇ／Ｌ，ＴＮ４５～７３ｍｇ／Ｌ，ＮＯ－２Ｎ０～０３ｍｇ／Ｌ，ＮＯ－３Ｎ０３～１５ｍｇ／Ｌ，ＮＨ＋４Ｎ４４～７０ｍｇ／Ｌ，ｐＨ６５～６９，其中ＮＨ＋４Ｎ浓度占ＴＮ浓度的９５％以上。ＢＯＤ５／ＣＯＤ＜０２５的废水生物降解性较差或难生物降解，而ＢＯＤ５／ＣＯＤ＞０２５的废水可生物降解，ＢＯＤ５／ＣＯＤ＞０４５的废水易生物降解［１９］，该值越高说明废水生物处理可行性越强，用生物法处理废水的效果就越好。选取３批次大豆深加工废水厌氧出水进行测定，结果如表１所示，ＢＯＤ５／ＣＯＤ平均值为０７１，远大于０２５，说明该厌氧出水具有很强的生物降解性。表１ 大豆深加工废水厌氧出水ＢＯＤ５／ＣＯＤ比值Ｔａｂｌｅ１ ＢＯＤ５／ＣＯＤｏｆａｎａｅｒｏｂｉｃｅｆｆｌｕｅｎｔｆｒｏｍｓｏｙｂｅａｎｆｕｒｔｈｅｒｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｗａｓｔｅｗａｔｅｒ水样ＢＯＤ５（ｍｇ／Ｌ）ＣＯＤ（ｍｇ／Ｌ）ＢＯＤ５／ＣＯＤ１９５０１３５００７０２１３００１８５１０７０３１０５０１４３００７３平均１１００１５４４０７１因此，根据大豆深加工废水厌氧出水的水质情况，配置模拟废水，其组成为葡萄糖、（ＮＨ４）２ＳＯ４、Ｋ２ＨＰＯ４以及一些微量元素（９５ｍｇ／ＬＭｇＳＯ４，０９１ｍｇ／ＬＣａＣｌ２，０１４ｍｇ／ＬＦｅ２（ＳＯ４）３）。６９９２第９期朱 毅等：ＭＢＢＲＳＡ工艺处理模拟大豆深加工废水厌氧出水及污泥减量化ＭＢＢＲＳＡ装置接种的污泥来自实验室长期使用的活性污泥，并用上述模拟废水进行驯化。１３ 分析方法主要检测指标和分析方法：ＣＯＤ采用快速消解分光光度法测定；ＢＯＤ５采用德国ＷＴＷ公司ＯｘｉＴｏｐＩＳ６型ＢＯＤ５测定仪测定；氨氮（ＮＨ＋４Ｎ）采用氨气敏电极法测定；硝酸盐氮（ＮＯ－３Ｎ）采用紫外分光光度法；亚硝酸盐氮（ＮＯ－２Ｎ）采用分光光度法；总氮（ＴＮ）采用碱性过硫酸钾紫外分光光度法测定；总磷（ＴＰ）采用钼酸铵分光光度法测定；溶解氧浓度（ＤＯ）采用上海精密科学仪器有限公司ＪＰＢＪ６０８型ＤＯ测定仪测定；ｐＨ和氧化还原电位（ＯＲＰ）采用意大利哈纳公司ＨＩ８４２４型ｐＨ计测定；悬浮物固体浓度（ＭＬＳＳ）采用重量法测定［２０］。１４ 装置启动ＭＢＢＲＳＡ工艺启动初期采用间歇式操作，ＭＢＢＲ采用“快速排泥挂膜法”启动［２１］，ＭＢＢＲ和厌氧池均接种驯化后的污泥，接种污泥后ＭＢＢＲ的ＭＬＳＳ为１５００ｍｇ／Ｌ。随着该装置的运行，反应器内生物膜逐渐形成，间歇操作１５ｄ后开始进行连续化操作。２ 结果与讨论通过ＭＢＢＲＳＡ工艺处理大豆深加工厌氧出水模拟废水，研究其对ＣＯＤ去除和脱氮的影响。该工艺运行平均温度为２４℃。２１ ｐＨ、ＤＯ和ＯＲＰ的变化表２为ＭＢＢＲＳＡ工艺不同区域的ｐＨ、ＤＯ和ＯＲＰ的变化情况。ＭＢＢＲ、沉淀池和厌氧池的ｐＨ分别为７５５、７３９和７１８，酸性有所增加。表２ ＭＢＢＲＳＡ不同区域ｐＨ、ＤＯ和ＯＲＰＴａｂｌｅ２ ｐＨ，ＤＯａｎｄＯＲＰｖａｌｕｅｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｒｅａｓｉｎＭＢＢＲＳＡＭＢＢＲ沉淀池厌氧池ｐＨ７５５７３９７１８ＤＯ（ｍｇ／Ｌ）４１９００２０００ＯＲＰ（ｍＶ）１３０－２８９－３８３ＯＲＰ是指示污泥厌氧／缺氧程度的重要参数，当ＯＲＰ高于１００ｍＶ时好氧微生物生长，同时兼性厌氧微生物进行有氧呼吸；当ＯＲＰ低于１００ｍＶ时兼性厌氧微生物进行无氧呼吸；当ＯＲＰ低于－２００ｍＶ时厌氧微生物生长［２２］。在整个工艺中，沉淀池和厌氧池的ＮＯ－３Ｎ平均浓度分别为１８８ｍｇ／Ｌ和０６８ｍｇ／Ｌ，均低于ＭＢＢＲ的５６６ｍｇ／Ｌ，再由表２中ＤＯ和ＯＲＰ可知，沉淀池在一定程度上提供了厌氧环境，有利于发生反硝化作用，将ＮＯ－３Ｎ转化成氮气去除。２２ ＣＯＤ的去除利用ＭＢＢＲＳＡ工艺处理大豆深加工厌氧出水模拟废水，不同条件对ＣＯＤ去除率的影响如图３所示。进水Ｃ