水解酸化池-微生物反應(yīng)器處理污水處理廠的試驗(yàn)研究

水解酸化池-微生物反應(yīng)器處理污水處理廠的試驗(yàn)研究

1測(cè)試方法1.1連續(xù)曝氣沖擊中空纖維膜的工藝方法測(cè)試單元如圖1所示。模擬印染廢水經(jīng)潛水泵提升到水解酸化池進(jìn)行預(yù)處理,池內(nèi)裝有軟性填料,以便于微生物掛膜,預(yù)處理出水溢流進(jìn)入一體式膜生物反應(yīng)器(SMBR),最后由蠕動(dòng)泵抽吸出水。為了減緩膜污染和提高處理效果,根據(jù)污泥濃度每周投加2次聚合硫酸鐵鋁(PAFS,其中Fe、Al含量分別為污泥質(zhì)量的5%和1.7%),在SMBR底部設(shè)有砂頭曝氣頭,在運(yùn)行期進(jìn)行連續(xù)曝氣,氣水兩相呈錯(cuò)流形式?jīng)_擊中空纖維膜。通過(guò)曝氣一方面使反應(yīng)器中的活性污泥混合液維持一定的循環(huán)流動(dòng)速度,形成對(duì)膜表面的沖刷,以減輕活性污泥在膜表面的沉積;另一方面供給微生物分解廢水中有機(jī)物所需的氧氣。1.2試驗(yàn)水試驗(yàn)采用模擬印染廢水,其水質(zhì)見(jiàn)表1。1.3測(cè)試開(kāi)始1.3.1污泥基化處理采用接種掛膜法,接種污泥取自上海市松東凈化有限公司的厭氧池,啟動(dòng)階段采用間歇培養(yǎng)。由于試驗(yàn)廢水中以PVA、淀粉為主要污染物,因此必須對(duì)污泥進(jìn)行馴化。先用淀粉、葡萄糖及微生物生長(zhǎng)所必需的微量元素配制成COD濃度為1000mg/L左右的廢水,水力停留時(shí)間為48h,逐漸添加PVA并提高其濃度,同時(shí)減少葡萄糖濃度。在大概2周后,池內(nèi)不再有污泥上浮溢出,出水逐漸清澈,在軟性填料上可以看到明顯的生物膜,繼續(xù)馴化一周后對(duì)COD的去除率穩(wěn)定在20%左右,認(rèn)為水解酸化池啟動(dòng)基本完成。1.3.2pafs的制備首先對(duì)污泥進(jìn)行馴化,在此期間,用一舊膜連續(xù)出水。第一階段,在污泥中配以一定量的營(yíng)養(yǎng)液加以培養(yǎng),使其恢復(fù)活性,然后用水解酸化池出水馴化2周;第二階段,將PAFS投加到污泥中,繼續(xù)馴化2周,形成顆粒較大的團(tuán)狀絮凝污泥,PAFS由常州洋江凈化有限公司生產(chǎn)(Fe和Al的質(zhì)量比為3∶1)。當(dāng)SMBR對(duì)COD的去除率穩(wěn)定在80%以上后,正式啟動(dòng)反應(yīng)器,換上新的中空纖維膜組件,使水解酸化池與SMBR相連接,并以模擬退漿廢水為進(jìn)水,通過(guò)逐步提高進(jìn)水COD和縮短水力停留時(shí)間的方法,提高反應(yīng)器的容積負(fù)荷。自換上新的膜組件開(kāi)始,經(jīng)過(guò)了22d,水解酸化池和SMBR的水力停留時(shí)間分別為24和12h,對(duì)COD的去除率分別穩(wěn)定在20%和80%,至此認(rèn)為反應(yīng)器內(nèi)污泥的馴化基本完成,系統(tǒng)啟動(dòng)成功。1.3.3兩種池的容積、共享和hrt的比較從23d起,工藝進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行期,運(yùn)行了60d,其間進(jìn)行工藝排泥,溫度控制為23~26℃。水解酸化池、好氧池的容積分別為36和18L,DO濃度分別為0.5mg/L以下和4~5mg/L,HRT分別為20和10h;好氧池中膜組件為聚偏氟乙烯(PVDF)中空纖維膜,膜孔徑為0.2μm,膜面積為0.4m2。2結(jié)果與討論2.1氧化物降解過(guò)程水解酸化池對(duì)COD的去除效果見(jiàn)圖2。由圖2可知,穩(wěn)定運(yùn)行期間,水解酸化池對(duì)COD的去除率基本穩(wěn)定在20%~24%,去除率較低,這主要是因?yàn)樵谒馑峄^(guò)程中微生物并未對(duì)合成漿料進(jìn)行徹底降解,只是將廢水中的大分子有機(jī)污染物分解成小分子有機(jī)物,將非溶解性有機(jī)物水解為溶解性有機(jī)物,污染物只在形式和結(jié)構(gòu)上發(fā)生了變化,而在數(shù)量上變化較小;從圖2中可以發(fā)現(xiàn),在59d時(shí),去除率突然降低到15%左右,這是由于水解酸化裝置中的攪拌槳損壞而停止工作,導(dǎo)致進(jìn)水不能充分與微生物相接觸便直接流出水解酸化池,當(dāng)攪拌槳重新啟動(dòng)后處理效果又得到恢復(fù),這說(shuō)明混合裝置是改善水解酸化池處理效果的關(guān)鍵因素之一。2.2生物反應(yīng)器內(nèi)的污泥濃度codSMBR對(duì)COD的去除效果見(jiàn)圖3。由圖3可知,SMBR的進(jìn)、出水COD分別為800和50mg/L左右,也就是說(shuō),SMBR對(duì)COD的去除率>93%;從表1中可知,模擬廢水中的主要污染物為PVA,且PVA廢水的BOD5/COD值僅為0.064。對(duì)于這種矛盾的現(xiàn)象,可能原因是水解酸化池起了預(yù)處理的作用,提高了廢水的可生化性,促進(jìn)了后續(xù)工藝的降解;膜組件表面所形成的凝膠層能夠截留水中的可溶性大分子物質(zhì),使其在活性污泥系統(tǒng)中有足夠的停留時(shí)間,有利于提高對(duì)難降解大分子有機(jī)物的處理效率且促使其徹底分解;SMBR中的固液分離功能使反應(yīng)器內(nèi)可保持較高的污泥濃度,從而提高了生物反應(yīng)器的處理能力;膜組件的高效截留作用避免了微生物的流失,富集了大量難降解有機(jī)物的分解菌,使微生物和有機(jī)物的作用時(shí)間延長(zhǎng),從而大大提高了對(duì)有機(jī)物的去除率。從圖3還可以看出,在系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行期間,上清液的COD濃度一直比系統(tǒng)出水COD的偏高。分析原因?yàn)?雖然在系統(tǒng)正式運(yùn)行前,對(duì)污泥進(jìn)行了馴化,而且經(jīng)過(guò)了22d的啟動(dòng)階段,使得活性污泥已對(duì)試驗(yàn)的模擬廢水有了一定的降解能力,但優(yōu)勢(shì)菌種的數(shù)量有限,這是導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行初期上清液COD值偏高的主要原因;此后,雖然優(yōu)勢(shì)菌種的數(shù)量增大,但隨著污泥濃度的增大,F/M值卻變小,進(jìn)水中的有機(jī)物不足以維持反應(yīng)器中微生物的生長(zhǎng)需要,導(dǎo)致大量微生物死亡,死亡細(xì)胞不能被完全降解,產(chǎn)生大量的難生物降解的細(xì)胞殘留物,這是SMBR運(yùn)行中,后期上清液COD值仍然偏高的主要原因。此外,從圖3還可以看出,水解酸化/SMBR工藝進(jìn)、出水的COD濃度分別為1000和50mg/L左右,整個(gè)工藝對(duì)COD的平均去除率為95%,其中水解酸化池對(duì)COD的去除率約為20%,SMBR在整個(gè)COD去除過(guò)程中的貢獻(xiàn)為75%,因此SMBR是去除COD的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。2.3cod有機(jī)負(fù)荷的影響在SMBR中,水力停留時(shí)間已經(jīng)失去了在傳統(tǒng)生物處理中的意義,有機(jī)負(fù)荷成為目前比較容易接受的、能夠體現(xiàn)膜生物反應(yīng)器特征的參數(shù)。系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行60d后污泥的濃度(VSS)從5402mg/L增至9168mg/L,SMBR進(jìn)水的COD基本在800mg/L左右,SMBR污泥負(fù)荷在總體上是逐漸降低的(如圖4所示)。第29天和第38天時(shí),為了考察污泥負(fù)荷對(duì)COD去除率的影響,將進(jìn)水COD分別提高到940和1035mg/L,使其COD有機(jī)負(fù)荷增至0.34kgCOD/(kgVSS·d),雖然此時(shí)上清液中COD只有200mg/L左右,出水COD值也較低,但系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生大量泡沫,生物活性迅速下降,去除效率有所降低,同時(shí)有污泥板結(jié)現(xiàn)象,并吸附在膜組件之上,對(duì)此采取了空曝氣的方式,使污泥的結(jié)塊消失。此外,還發(fā)現(xiàn)當(dāng)COD有機(jī)負(fù)荷為0.33kgCOD/(kgVSS·d)時(shí)(如第23天),并沒(méi)有出現(xiàn)上述現(xiàn)象。因此可以認(rèn)為,在試驗(yàn)條件下,SMBR中污泥的COD有機(jī)負(fù)荷不能超過(guò)0.33kgCOD/(kgVSS·d),分析原因可能是:①PVA在給水工程中被用來(lái)作為一種中性混凝劑,它有較強(qiáng)的絮凝作用,當(dāng)PVA的有機(jī)負(fù)荷增加時(shí),水解酸化對(duì)PVA的處理不完全,使得好氧反應(yīng)器內(nèi)的PVA濃度也隨之增加,增加到一定程度時(shí),便會(huì)與污泥產(chǎn)生絮凝作用,使之結(jié)塊。②隨著PVA有機(jī)負(fù)荷的增加,好氧反應(yīng)器內(nèi)的PVA及其降解的中間產(chǎn)物濃度也隨之增加,與試驗(yàn)用水中的金屬離子尤其是PAFS中的Fe3+、Al3+等形成不溶解的高分子化合物,被活性污泥吸附后結(jié)塊,并附著在膜組件上,使懸浮態(tài)的微生物減少?；钚晕勰嘟Y(jié)塊后,使得目標(biāo)污染物與活性污泥的傳質(zhì)效率開(kāi)始下降,導(dǎo)致系統(tǒng)對(duì)COD的降解速率下降,PVA進(jìn)一步在反應(yīng)器內(nèi)積累,從而使反應(yīng)器內(nèi)的PVA及其中間產(chǎn)物的濃度越來(lái)越高,最終會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行失敗。2.4水解氧化酶池對(duì)cod的去除水解酸化池的水力停留時(shí)間對(duì)有機(jī)物去除效果的影響見(jiàn)表2。由表2可見(jiàn),當(dāng)水力停留時(shí)間為20、16和10h時(shí),水解酸化池對(duì)COD的平均去除率分別為20%、18%和13%,SMBR中COD的最大有機(jī)負(fù)荷分別為0.33、0.29和0.20kgCOD/(kgVSS·d)。這說(shuō)明水解酸化池對(duì)COD的去除效果直接影響了SMBR中污泥的COD最大有機(jī)負(fù)荷。2.5堿洗+過(guò)濾法當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行到第50天時(shí),膜的抽吸壓力達(dá)到膜的臨界壓力,使膜通量與膜分離性能下降,運(yùn)行成本增加,因此有必要對(duì)膜進(jìn)行定期清洗。試驗(yàn)中采用了4種方法對(duì)已污染的膜進(jìn)行清洗:水洗、(水洗+堿洗)、(水洗+酸洗)、(水洗+堿洗+酸洗),結(jié)果如圖5所示。水洗是用大量自來(lái)水強(qiáng)壓沖洗;水洗+堿洗是水洗后用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的NaClO溶液浸泡2h,再用水洗;水洗+酸洗是水洗后用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的HCl溶液浸泡2h,再用水洗;水洗+酸洗+堿洗是水洗+酸洗后再用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的NaClO溶液浸泡2h,最后再用水洗。經(jīng)水洗后,膜表面的濾餅層被有效清除,酸洗可以溶解并去除由于濃差極化而沉積在膜表面的礦物質(zhì)及鹽類(lèi),堿洗可有效去除蛋白質(zhì)等有機(jī)污染物及膜內(nèi)滋生的微生物。由圖5可知,水洗、(水洗+酸洗)、(水洗+堿洗)可使膜通量分別恢復(fù)到新膜的53%、82%和68%;而水洗、酸洗和堿洗相結(jié)合的效果最好,膜通量可恢復(fù)至新膜的92%。3水解羧酸池對(duì)cod的去除①當(dāng)水解酸化池和SMBR的水力停留時(shí)間分別為20和10h時(shí),采用水解酸化/SMBR工藝處理含PVA的模擬退漿廢水取得了較為滿(mǎn)意的效果,對(duì)COD的平均去除率在95%左右,其中水解酸化池和SMBR對(duì)COD去除率的貢獻(xiàn)分別約為20%和75%,這說(shuō)明SMBR對(duì)整個(gè)工藝的處理效果起著至關(guān)重要的作用。②水解酸化池主要是改變了難降解的PVA分子結(jié)構(gòu),提高了廢水的可生化性,為后續(xù)SMBR處理創(chuàng)造了條件。當(dāng)SMBR的水力停留時(shí)間為10h,水解酸化的時(shí)間為20、16、10