水解酸化池-微生物反應器處理污水處理廠的試驗研究

水解酸化池-微生物反應器處理污水處理廠的試驗研究

1測試方法1.1連續(xù)曝氣沖擊中空纖維膜的工藝方法測試單元如圖1所示。模擬印染廢水經(jīng)潛水泵提升到水解酸化池進行預處理,池內(nèi)裝有軟性填料,以便于微生物掛膜,預處理出水溢流進入一體式膜生物反應器(SMBR),最后由蠕動泵抽吸出水。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底部設有砂頭曝氣頭,在運行期進行連續(xù)曝氣,氣水兩相呈錯流形式?jīng)_擊中空纖維膜。通過曝氣一方面使反應器中的活性污泥混合液維持一定的循環(huán)流動速度,形成對膜表面的沖刷,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物所需的氧氣。1.2試驗水試驗采用模擬印染廢水,其水質(zhì)見表1。1.3測試開始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,啟動階段采用間歇培養(yǎng)。由于試驗廢水中以PVA、淀粉為主要污染物,因此必須對污泥進行馴化。先用淀粉、葡萄糖及微生物生長所必需的微量元素配制成COD濃度為1000mg/L左右的廢水,水力停留時間為48h,逐漸添加PVA并提高其濃度,同時減少葡萄糖濃度。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COD的去除率穩(wěn)定在20%左右,認為水解酸化池啟動基本完成。1.3.2pafs的制備首先對污泥進行馴化,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養(yǎng)液加以培養(yǎng),使其恢復活性,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SMBR對COD的去除率穩(wěn)定在80%以上后,正式啟動反應器,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水,通過逐步提高進水COD和縮短水力停留時間的方法,提高反應器的容積負荷。自換上新的膜組件開始,經(jīng)過了22d,水解酸化池和SMBR的水力停留時間分別為24和12h,對COD的去除率分別穩(wěn)定在20%和80%,至此認為反應器內(nèi)污泥的馴化基本完成,系統(tǒng)啟動成功。1.3.3兩種池的容積、共享和hrt的比較從23d起,工藝進入穩(wěn)定運行期,運行了60d,其間進行工藝排泥,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氧化物降解過程水解酸化池對COD的去除效果見圖2。由圖2可知,穩(wěn)定運行期間,水解酸化池對COD的去除率基本穩(wěn)定在20%~24%,去除率較低,這主要是因為在水解酸化過程中微生物并未對合成漿料進行徹底降解,只是將廢水中的大分子有機污染物分解成小分子有機物,將非溶解性有機物水解為溶解性有機物,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,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,導致進水不能充分與微生物相接觸便直接流出水解酸化池,當攪拌槳重新啟動后處理效果又得到恢復,這說明混合裝置是改善水解酸化池處理效果的關鍵因素之一。2.2生物反應器內(nèi)的污泥濃度codSMBR對COD的去除效果見圖3。由圖3可知,SMBR的進、出水COD分別為800和50mg/L左右,也就是說,SMBR對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。對于這種矛盾的現(xiàn)象,可能原因是水解酸化池起了預處理的作用,提高了廢水的可生化性,促進了后續(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)中有足夠的停留時間,有利于提高對難降解大分子有機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器內(nèi)可保持較高的污泥濃度,從而提高了生物反應器的處理能力;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物的分解菌,使微生物和有機物的作用時間延長,從而大大提高了對有機物的去除率。從圖3還可以看出,在系統(tǒng)的穩(wěn)定運行期間,上清液的COD濃度一直比系統(tǒng)出水COD的偏高。分析原因為:雖然在系統(tǒng)正式運行前,對污泥進行了馴化,而且經(jīng)過了22d的啟動階段,使得活性污泥已對試驗的模擬廢水有了一定的降解能力,但優(yōu)勢菌種的數(shù)量有限,這是導致系統(tǒng)運行初期上清液COD值偏高的主要原因;此后,雖然優(yōu)勢菌種的數(shù)量增大,但隨著污泥濃度的增大,F/M值卻變小,進水中的有機物不足以維持反應器中微生物的生長需要,導致大量微生物死亡,死亡細胞不能被完全降解,產(chǎn)生大量的難生物降解的細胞殘留物,這是SMBR運行中,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、出水的COD濃度分別為1000和50mg/L左右,整個工藝對COD的平均去除率為95%,其中水解酸化池對COD的去除率約為20%,SMBR在整個COD去除過程中的貢獻為75%,因此SMBR是去除COD的關鍵環(huán)節(jié)。2.3cod有機負荷的影響在SMBR中,水力停留時間已經(jīng)失去了在傳統(tǒng)生物處理中的意義,有機負荷成為目前比較容易接受的、能夠體現(xiàn)膜生物反應器特征的參數(shù)。系統(tǒng)穩(wěn)定運行60d后污泥的濃度(VSS)從5402mg/L增至9168mg/L,SMBR進水的COD基本在800mg/L左右,SMBR污泥負荷在總體上是逐漸降低的(如圖4所示)。第29天和第38天時,為了考察污泥負荷對COD去除率的影響,將進水COD分別提高到940和1035mg/L,使其COD有機負荷增至0.34kgCOD/(kgVSS·d),雖然此時上清液中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,同時有污泥板結(jié)現(xiàn)象,并吸附在膜組件之上,對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COD有機負荷為0.33kgCOD/(kgVSS·d)時(如第23天),并沒有出現(xiàn)上述現(xiàn)象。因此可以認為,在試驗條件下,SMBR中污泥的COD有機負荷不能超過0.33kgCOD/(kgVSS·d),分析原因可能是:①PVA在給水工程中被用來作為一種中性混凝劑,它有較強的絮凝作用,當PVA的有機負荷增加時,水解酸化對PVA的處理不完全,使得好氧反應器內(nèi)的PVA濃度也隨之增加,增加到一定程度時,便會與污泥產(chǎn)生絮凝作用,使之結(jié)塊。②隨著PVA有機負荷的增加,好氧反應器內(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,使得目標污染物與活性污泥的傳質(zhì)效率開始下降,導致系統(tǒng)對COD的降解速率下降,PVA進一步在反應器內(nèi)積累,從而使反應器內(nèi)的PVA及其中間產(chǎn)物的濃度越來越高,最終會導致系統(tǒng)運行失敗。2.4水解氧化酶池對cod的去除水解酸化池的水力停留時間對有機物去除效果的影響見表2。由表2可見,當水力停留時間為20、16和10h時,水解酸化池對COD的平均去除率分別為20%、18%和13%,SMBR中COD的最大有機負荷分別為0.33、0.29和0.20kgCOD/(kgVSS·d)。這說明水解酸化池對COD的去除效果直接影響了SMBR中污泥的COD最大有機負荷。2.5堿洗+過濾法當系統(tǒng)運行到第50天時,膜的抽吸壓力達到膜的臨界壓力,使膜通量與膜分離性能下降,運行成本增加,因此有必要對膜進行定期清洗。試驗中采用了4種方法對已污染的膜進行清洗:水洗、(水洗+堿洗)、(水洗+酸洗)、(水洗+堿洗+酸洗),結(jié)果如圖5所示。水洗是用大量自來水強壓沖洗;水洗+堿洗是水洗后用質(zhì)量分數(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)量分數(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)量分數(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,堿洗可有效去除蛋白質(zhì)等有機污染物及膜內(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,膜通量可恢復至新膜的92%。3水解羧酸池對cod的去除①當水解酸化池和SMBR的水力停留時間分別為20和10h時,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意的效果,對COD的平均去除率在95%左右,其中水解酸化池和SMBR對COD去除率的貢獻分別約為20%和75%,這說明SMBR對整個工藝的處理效果起著至關重要的作用。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SMBR的水力停留時間為10h,水解酸化的時間為20、16、10