（环境工程专业论文）ao型序批式mbr处理印染废水的应用研究.pdf

摘要 摘要 作为废水物理与生物处理技术的优势组合，出水水质好可直接回用的膜生物反应器 ( m e m b r a n eb i o r e a c t o r , m a r ) 技术正面临新的机遇，同时由于膜对难降解大分子有机物和 专属功能微生物的截留作用使得m b r 处理难降解有机废水的效果明显优于传统工艺， 印染废水处理和m b r 技术之间已呈现出良好的切合点，随着m b r 技术的不断发展和 印染行业清洁生产理念的快速普及，采用m b r 技术处理印染废水将会有良好的应用前 景。以某印染厂生产废水为模拟对象，通过关键工艺因素对a o 型序批式m b r 运行特 性的影响研究确定m b r 的最佳工艺条件，研究反应器中e p s 含量及组成变化对污泥性 质和膜污染的影响规律，采用吸附法分析印染废水中染料的去除机理，可为m b r 的工 程化应用提供理论依据和设计运行参数，主要研究内容和结果如下： ( 1 ) 污染负荷对a o 型序批式m b r 运行特性的影响研究及膜污染分析。m b r 的 a 段可有效提高印染废水的b c 比，同时进水b c 比越低，效果越明显。a o 型序批式 m b r 对污染负荷具有较强的抗冲击能力，最高负荷时的c o d 、氨氮及色度的去除率分 别在9 2 3 、9 2 7 和9 5 o 以上，出水浓度分别在6 0m g ，l 、7m g l 和4 0 以下。相对 于连续运行，其膜污染也明显减轻。 ( 2 ) 曝气强度对o 型序批式m b r 运行特性及胞外聚合物( e x t r a c e l l u l a rp o l y m e r i c s u b s t a n c e s ，e p s ) 含量的影响研究。高曝气强度会缓解污染物质在膜上的黏附并延缓膜污 染，也会导致污泥絮体的破碎及e p s 的产生和累积，恶化膜污染。曝气强度对m b r 运 行特性的影响是极为复杂的。 ( 3 ) 水力停留时间( h y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m e ，h r t ) 对a o 型序批式m b r 运行特性 及污泥性质的影响研究。在不同h r t 条件下，系统出水水质的c o d 和色度指标良好且 稳定，系统总c o d 和色度去除率均在9 5 以上。但氨氮去除率呈先升后降趋势，且在 h r t 为2 4h 时达到最大值，为9 6 4 。反应器内活性污泥s v i 均在5 0 - , 7 0m l g s s 范围 内，沉降性能良好。膜通量随h r t 的延长而提高。 ( 4 ) a o 型序批式m b r 处理印染废水的可行性分析。当污染负荷为3 2 2 k g c o d ( m 3 - d ) 、曝气强度为0 1 5m 3 i l 和h r t 为2 4h 时，a o 型序批式m b r 处理印染 废水的出水c o d 为3 2 2 4 6 0m g l ，氨氮为o 1 3 0 2 2m g l ，色度为2 1 - - - 2 8 倍，出水水 质符合太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染物排放限值 ( d b 3 2 1 0 7 2 2 0 0 7 ) 标准。废水中的色度主要通过a 段降解转化去除，c o d 和氨氮主 要通过o 段m b r 去除。m b r 在难降解有机物和色度去除方面的优势因a 段预处理和 序批式运行得以充分体现和强化。相对于连续运行，其膜污染也明显减轻。 关键词：m b r ，印染废水，e p s ，污泥性质，膜污染，吸附降解 a b s t r a c t c o m b i n e dp h y s i c a lp r o c e s sw i t hb i o l o g i c a lt e c h n o l o g yw i t he x c e l l e n te f f l u e n tq u a l i t y , m e m b r a n eb i o r e a c t o rt e c h n o l o g y ( m b r ) i sf a c i n gn e w o p p o r t u n i t i e s a tt h es a m et i m e ，d u et o m e m b r a n ec u t o f fo fb o t hr e f r a c t o r yo r g a n i cm a c r o m o l e c u l e sa n de x c l u s i v em i c r o o r g a n i s m s ， m b r p e r f o r m a n c et r e a t i n gr e f r a c t o r yo r g a n i cw a s t e w a t e ro v e r m a t c h e st h et r a d i t i o n a lp r o c e s s t h e r eh a v es h o w nag o o dc o r r e s p o n d i n gp o i n tb e t w e e nt r e a t m e n to ft e x t i l ew a s t e w a t e ra n d m b rt e c h n o l o g y w i t ht h es u s t a i n a l b ed e v e l o p m e n to fm b rt e c h n o l o g ya n dt h er a p i d p o p u l a r i z a t i o no fc l e a n e rp r o d u c t i o nc o n c e p ti nt e x t i l ei n d u s t r y , i tw i l lh a v eag o o dp r o s p e c t d u r i g nt h et r e a t m e n to ft e x t i l ew a s t e w a t e r i nt h i ss t u d y , t h eo p t i m u mo p e r a t i o nc o n d i t i o n sa r e d e t e r m i n e db yi n v e s t i g a t i n gt h ee f f e c to fk e yo p e r a t i n gf a c t o r so nm b rp e r f o r m a n c e i nt h e m e a n t i m e ，t h ee f f e c to fe p sc o n t e n ta n di t sc o m p o n e n t so ns l u d g ep r o p e r t i e s ，t h ec h a n g e so f m e m b r a n ef l u xa n dd y ea d s o r p t i o nm e c h a n i s ma r ei n v e s t i g a t e d i tw i l lb eo fs i g n i f i c a n c ef o r i t sp r a c t i c a la p p l i c a t i o n t h em a i nr e s e a r c hc o n t e n ta n dr e s u l t sa r ea sf o l l o w s ( 1 ) t h ei n f l u e n c eo fo r g a n i cl o a d i n gr a t eo np e r f o r m a n c ea n dm e m b r a n ef o u l i n go f a o - t y p es e q u e n c i n gb a t c hm b r i si n v e s t i g a t e d t h er e s u l t ss h o wt h a ta p h a s ee f f e c t i v e l y i m p r o v e sb cr a t i oo fs y n t h e t i ct e x t i l ew a s t e w a t e r a n d ，t h el o w e rt h ew a s t e w a t e rb cr a t i o ， t h em o r et h et r e a t m e n te f f i c i e n c y a o - t y p es e q u e n c i n gb a t c hm b rh a ss t r o n gr e s i s t a n c et o l o a d i n gs h o c k t h ea v e r a g er e m o v a l so fc o d ，a m m o n i an i t r o g e na n dc o l o ra r em o r et h a n 9 2 3 ，9 2 7 a n d9 5 0 ，r e s p e c t i v e l y a n d ，t h e i rc o n c e n t r a t i o n s i ne f f l u e n ta r el e s st h a n6 0 m g l ，7m g la n d4 0 c o m p a r e dw i t hc o n t i n u o u so p e r a t i o n ，t h em e m b r a n ef o u l i n ga l s ow a s g r e a t l ya l l e v i a t e d ( 2 ) t h ei n f l u e n c eo fa e r a t i o ni n t e n s i t yo no p e r a t i n gp e r f o r m a n c ea n dt h ec o n t e n to f e x t r a c e l l u l a rp o l y m e r i cs u b s t a n c e so fa o t y p es e q u e n c i n gb a t c hm b ri ss t u e i e s h i g h a e r a t i o ni n t e n s i t yw i l le a s ep o l l u t a n t si nt h em e m b r a n ea d h e s i o na n dd e l a yt h em e m b r a n e f o u l i n g ，a n dc a nl e a dt of r a g m e n t a t i o no fs l u d g ef l o e sa n dp r o d u c t i o na n da c c u m u l a t i o no f e p s ，t h u st h ed e t e r i o r a t i o no fm e m b r a n ef o u l i n g t h ei n f l u e n c eo fa e r a t i o ni n t e n s i t yo nt h e o p e r a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fm b r i sh i g h l yc o m p l e x ( 3 ) t h ei n f l u e n c eo fh r t o no p e r a t i n gc h a r a c t e r i s t i c sa n ds l u d g ep r o p e r t i e so fa o - t y p e s e q u e n c i n gb a t c hm b r i se x a m i n e d i nd i f f e r e n th r t , e f f l u e n tq u a l i t yi n d i c a t o r so fc o da n d c o l o ra r eg o o da n ds t a b l e b t o ht h et o t a lr e m o v a lo fc o da n dc o l o ra r em o r et h a n9 5 h o w e v e r , t h er e m o v a lr a t eo fa m m o n i an i t r o g e nf i r s t l yi n c r e a s e da n dt h e nd e c r e a s e d a n d w h e nt h eh r ti s2 4l l ，t h er e m o v a lo fa r m n o n i an i t r o g e nr e a c h e dt h em a x i m u mf o r9 6 4 t h es v ii nr e a c t o ri si nt h er a n g eo f5 0 - 7 0m l g s s m e m b r a n ef l u xi n c r e a s e s 、加t l lt h e e x t e n s i o no fh r t ( 4 ) t h ef e a s i b i l i t yo fa o - t y p es e q u e n c i n gb a t c hm b rt r e a t i n gt e x t i l ew a s t e w a t e ri s f i n a l l yp r o b e d w h e i lt h eo r g a n i cl o a d i n g r a t ei s3 2 2k g c o d ( m 3 d ) ，a e r a t i o ni n t e n s i t yi s0 15 m 3 ha n dh r ti s2 4h ，e f f l u e n tc o n c e n t r a t i o no fc o d ，a m m o n i an i t r o g e na n dc o l o ra r e 3 2 2 - 4 6 0m g l ，0 1 3 0 2 2m g la n d2 1 2 8 ，r e s p e c t i v e l y e f f l u e n tq u a l i t ym e e t st h es t a n d a r d r u l e di nd b 3 2 1 0 7 2 - 2 0 0 7 t h ec o l o ro fw a s t e w a t e ri sm a i n l yr e m o v e dt h r o u g hd e g r a d a t i o n a n dc o n v e r s i o nd u r i n ga - p h a s e c o da n da m m o n i an i t r o g e na r er e m o v e dt h r o u g h0 - p h a s eo f a b s t r a c t m b r t h ea d v a n t a g e so fm b ri nt h ed e g r a d a t i o no fr e f r a c t o r yo r g a n i cp o l l u t a n t sa n dc o l o r r e m o v a li h ef u l l ye x p r e s s e da n de n h a n c e dd u et oa - p h a s ep r e t r e a t m e n ta n ds e q u e n c i n g - b a t c h m o d e c o m p a r e dw i t l lc o n t i n u o u so p e r a t i o n , t h em e m b r a n ef o u l i n ga l s oi sg r e a t l ya l l e v i a t e d k e y w o r d s ：m e m b r a n eb i o r e a c t o r ( m b r ) ，t e x t i l ew a s t e w a t e r , e x t r a c e l l u l a rp o l y m e r i c s u b s t a n c e s ( e p s ) ，s l u d g ep r o p e r t i e s ，m e m b r a n ef o u l i n g , a d s o r p t i o na n dd e g r a d a t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是芬人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得江南 大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意 期： 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定： 江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文， 并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致 保密的学位论文在解密后也遵守此规定 签 名：查竭牲导师签名：毒蠢圣 日 飙气恤 i i 第一章文献综述 第一章文献综述 1 1 研究背景 1 1 1 膜生物反应器及其研究现状 膜生物反应器( m e m b r a n eb i o r e a c t o r ，m b r ) 是膜分离技术与生物反应器相结合的新 型污水处理技术，它用膜组件代替了传统活性污泥法中的二沉池，克服了污泥膨胀等问 题。具有许多优点：( 1 ) 膜能将活性污泥完全截留在反应器内，因此污泥浓度高，大大 提高了反应速率，增强了系统的耐冲击力，还减少了污泥的产生量；( 2 ) 实现了污泥龄 ( s l u d g er e t e n t i o nt i m e ，s r t ) 和水力停留时间( h y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m e ，h r t ) 的分别控 制，有利于自动化控制；( 3 ) 提高污染物停留时间，一些难降解的大分子颗粒状物质和 活性大分子化合物也能被膜截留下来；( 4 ) 有利于繁殖生长缓慢的细菌，如硝化菌和亚 硝化菌等，因此m b r 脱氮除磷效果比传统活性污泥法大为增强【l 】；( 5 ) m b r 不仅对悬 浮s s 、有机物去除效率高，而且可以去除细菌、病毒等 2 1 ；( 6 ) m b r 反应器可一体式或 分置式，占地面积小，便于灵活管理。 m b r 技术起源于1 9 6 9 年，美国d o n o l i v e r 公司首先将其用于废水处理。2 0 世纪 7 0 年代后期，大规模好氧m b r 首先在北美得到了应用，之后相继于2 0 世纪8 0 年代早 期在日本、9 0 年代中期在欧洲得到应用，但在工业废水处理方面的应用从2 0 世纪9 0 年 代后才逐渐得到重视【3 】。我国m b r 研究起步较晚，但发展十分迅速。1 9 9 1 年岑运华介 绍了日本m b r 的研究现状，此后其应用研究在我国逐渐展开【4 】。 国产m b r 的膜材料、膜组件的开发研究还有待进一步完善。m b r 工艺的投资和运 行费用较高，但总的来说，已取得了一定的成果。杨颖波【5 】等采用a b r m b r 组合工艺 处理纺织废水，在废水c o d 为4 7 6 - - - 9 8 0 m g l 、b o d 5 为1 13 - - 3 9 2 m g l 、色度为4 0 - - 2 9 0 、浊度为4 5 , - - 1 0 7n t u 时，相应的出水指标分别为2 2 7m g l 、5 3 m g l 、2 0 2 倍、 0 8 9n t u 。冯久鸿【6 j 在辽河油田采用m b r 曝气生物滤池工艺处理采油污水，可有效去 除采油污水中污泥物质、油、b o d 5 、氨氮等，去除率在9 0 以上。出水清澈透明、无 异味，可实现采油污水的达标排放，并具有无需附加化学药剂、产生二次污染等优点。 1 1 2 印染废水处理的研究进展 印染行业是工业废水排放大户，据不完全统计，全国印染废水每天排放量为3 1 0 6 - - - 4 x1 0 6m 3 。印染废水具有水量大、有机污染物含量高、色度深、碱性大、水质变 化大等特点，属难处理的工业废水。开发经济有效的印染废水处理技术已成为当今环保 行业关注的课题。 目前，国内外对印染废水处理手段都是以生化法为主，也有将化学法与之相串联的。 近年来由于p v a 浆料、新型助剂等难生化降解有机物大量进入印染废水，使原生物处 理系统的c o d 去除率由7 0 下降到5 0 左右，甚至更低【7 1 。国外早期的m b r 在印染废 水中的应用是以分离污染物质为主，主要考察膜组件与生物反应器结合后对c o d 、色 江南大学硕士学位论文 度的去除率以及对染料的分离效果【8 】。随着科技的进一步发展，现在的研究主要着眼于 m b r 工艺机理方面的研究以及组合工艺的应用研究。 单一好氧生物处理对易降解的有机物去除率较高，可达到8 0 左右，但对色度和 c o d 的去除率不高，而p v a 等化学浆料、表面活性剂、溶剂的广泛应用，使印染废水 的c o d 达到2 0 0 0 3 0 0 0m g l ，且b o d c o d 小于0 2 ，单纯的好氧生物处理出水难以 达标。厌氧生物处理能够把难降解的大分子有机物分解成小分子有机物，然后再通过好 氧微生物分解成无机小分子物质，因此，厌氧好氧处理工艺受到人们的重视。杨虹掣9 】 比较了厌氧预处理好氧联用工艺和单独好氧工艺处理印染废水的特点，发现染料脱色 主要发生在厌氧阶段，经过厌氧处理b o d c o d 从0 1 5 提高到0 3 7 。汲川军等i l o l 采用 水解酸化生物接触氧化法处理印染废水，出水色度可降低8 7 6 ，c o d 去除率达到 8 3 3 。 1 1 3m b r 在印染废水处理中的应用 由于印染废水存在b o d 5 c o d 比低、可生化性差及色度高( 有的高达数千倍) 等问题， 因此在设计印染废水的处理工艺时，必须要有针对性。印染废水的可生化性差，多半是 由于废水中存在着难以生化的有机物质和难溶性物质，如p v a 等所造成的。实践证明， 高效经济的去除方法就是水解酸化处理。通过水解酸化作用可以将这些可生化性很差的 高分子物质和不溶性物质降解为小分子物质和可溶性物质，从而提高b o d 5 c o d 比， 提高废水的可生化性，为后续好氧生化处理创造有利条件。 印染废水的处理难点在于其色度高、c o d 高、水质变化大。随着m b r 工艺的不断 改进和更新，其在印染废水处理中的应用取得长足发展。目前，印染废水处理中常见的 是采用厌氧好氧反应器加膜分离装置，这样可以极大地发挥厌氧区对色度的去除、好氧 区对c o d 的去除以及膜分离系统的高效分离作用，从而获得良好的出水水质。从现实 角度考虑，这样也可以使印染废水在进入膜分离系统之前得到预处理，不仅可保证出水 水质，而且可进一步提高膜的使用效率，增加膜的使用寿命，减少固定投资。 t h k i m 等【l l 】研究了纳滤和反渗透处理活性染料废水的最佳运行条件，并对其实际 应用的可行性进行了分析，提高压差有助于改善其对c o d 、色度及盐度的去除效率， 且经过脱盐、净化后的出水可回用于印染厂的生产工艺。eb a n a t 等【1 2 】采用管式聚丙烯 膜处理含有亚甲基蓝的染料废水，研究了进水温度、流量以及染料浓度对处理效果的影 响，对其中的染料进行了回收，并建立了温度及浓差极化现象的数学模型。厦门大学洪 俊明等采用a om b r 组合工艺处理活性染料废水，研究了在不同的基质浓度、染料浓 度以及氨氮浓度下，a o m b r 对模拟印染废水的降解特性，结果表明，该工艺对活性 染料的脱色主要由厌氧槽的水解酸化完成的，而好氧槽主要起去除c o d 的作用；增加 进水葡萄糖以及氨氮浓度，对染料的脱色率基本没有影响【1 3 】。东华大学王春玲等采用复 合式m a r ( 与水解酸化联用) 处理印染废水，出水水质良好，且比较稳定，系统出水c o d 、 氨氮、色度均较低，无s s 1 4 1 。 作为废水物理与生物处理技术的优势组合，剩余污泥产量低( 甚至为零) 、占地面积 小和出水水质好可直接回用的m b r 技术正面临新的机遇，同时由于膜对难降解大分子 2 第一章文献综述 有机物和专属功能微生物的截留作用使得m b r 处理难降解有机废水的效果明显优于传 统工艺，印染废水处理和m b r 技术之间已呈现出良好的切合点，随着m b r 技术的不 断发展和印染行业清洁生产理念的快速普及，采用m b r 技术处理印染废水将会有良好 的应用前景，并将在江南地区乃至全国印染行业清洁生产的实施中做出重要贡献。 1 2 胞外聚合物研究进展 1 2 1 胞外聚合物对污泥性质影响研究 胞外聚合物( e x t r a c e l l u l a rp o l y m e r i cs u b s t a n c e s ，e p s ) 是微生物在一定的环境条件下， 在代谢过程中分泌的包围在微生物细胞壁外的高分子化合物。通常认为，微生物新陈代 谢、进水基质和细胞溶解是e p s 的主要来源。其有机物部分主要由多聚糖、蛋白质、核 酸和腐殖酸组成。其中多聚糖和蛋白质占整个e p s 质量的7 5 8 9 【1 5 】。e p s 可以分为 紧密黏附e p s ( t i g h t l yb o u n de p s ，t b ) 和松散附着e p s ( l o o s e l yb o u n de p s ，l b ) ，t b 位于内层，与细胞表面结合紧密，稳定的附着于细胞壁外，具有一定外形；l b 位于t b 外层，具有比较松散的结构，是可以向周围环境扩展、无明显边缘的粘液层。e p s 填充 并且形成了细菌之间的空间，形成了絮凝体的结构。e p s 是生物絮体的主要组成部分， 占活性污泥总有机物比例的5 0 9 0 之间，具有重要的生理功能【1 6 。在污水污泥处理 中，e p s 对于污泥的絮凝性能、沉降性能、脱水性能和对重金属的吸附性能存在重要影 响。 e p s 通过连接细胞和其他物质以稳定污泥的絮体结构，为微生物提供最基本的生长 条件。同时，e p s 能够改变污泥表面电荷、疏水性、颗粒粒径、絮凝沉淀和脱水性能等 性质，进而对生物反应器中污泥的性质产生重要影响，在水污染控制中具有很大的研究 价值。 疏水性是微生物聚集的重要推动力，疏水性增加可以增强细胞间的亲和力。e p s 是 影响活性污泥相对疏水性的根本原斟r 丌。研究表明，e p s 的疏水部分主要由蛋白质组成， 带有疏水部位的氨基酸对微生物絮体的疏水性影响很大。而胞外多糖中含有羧基等亲水 性基团，使污泥表面具有较多的亲水性。污泥的表观疏水性是胞外蛋白质和多糖综合作 用的结果。 污泥体积指数( s l u d g ev o l u m ei n d e x ，s v a ) 常用来表征污泥的絮凝和沉淀性能。污泥 的s v i 值随着e p s 浓度的增加而增加。周健等【1 8 1 研究了e p s 对活性污泥沉降性能的影 响，认为e p s 与污泥沉降性能s v i 的相关性较高，e p s 含量增加，s v i 随之增加。这也 可从污泥形态结构、颗粒大小等角度得到印证，污泥絮体的形状对污泥沉降性能的影响 较大【1 9 1 ，一般来说，大而密实的絮体污泥沉降性能好。e p s 增加，污泥表面的z e t a 电 位值增大，小粒径的污泥颗粒增多，絮体污泥沉降性能变差。但也有人认为e p s 含量与 s v i 成反比关系，e p s 含量高可改善污泥的沉降性能【2 0 】。还有人认为e p s 含量与s v i 无关【2 。可见，e p s 含量与s v i 的关系尚无定论，有待进一步探讨。 江南大学硕士学位论文 1 2 2e p s 对膜污染影响研究 m b r 是生物处理工艺与膜分离技术相结合的一种高效废水处理工艺【2 2 l ，膜污染始 终是其推广应用的阻碍之一。e p s 是重要的优势膜污染物质之一【2 3 2 5 1 ，其污染主要表现 为膜通量不断下降和操作压力不断上升，最终使膜的过滤性能下降 2 6 - 2 引。 近年来，许多研究认为，e p s 还是膜污染众多因素中最重要的生物因素。i s c h a n g 等人认为e p s 浓度与膜污染程度之间存在线性关系，e p s 浓度减少4 0 ，泥饼层水力阻 力也相应降低【2 9 】。x h u a n g 等人发现，生物反应器中积累有机物主要是微生物代谢产物， 即溶解性e p s ，对膜通量具有负面影响，t o c 每增加5 0m g l ，膜通量减少7 0 【3 0 1 。另 外，e p s 的组成不同，膜污染程度也不同，膜通量随着蛋白质比例的增加而降低【3 l 】。 1 3 研究目的与意义 总体来看，采用m b r 处理印染废水的研究量少、面窄，且多数研究集中在处理效 果上，涉及膜污染方面的内容不多，可供选择的解决m b r 应用中出现的膜污染问题的 措施更是少之又少，致使其处理印染废水的优势无法充分体现，严重阻碍了其推广应用 【3 2 1 。序批式m b r 技术是借鉴序批式活性污泥法的运行方式，由传统m b r 工艺演变而 来，由于在m b r 反应器前增加了水解酸化即兼氧处理单元，因此这里简称为a o 型序 批式m b r 工艺。该技术在保留传统m b r 技术全部优点的基础上，揉合了水解酸化和 序批式运行带来的厌氧兼氧好氧交替环境，为难降解有机物的降解去除创造了有利环 境，理论上，适合印染废水的处理及回用。开展a o 型序批式m b r 处理印染废水的研 究，探讨该工艺处理印染废水并实现污水回用的可行性，具有较为重要的学术和实践价 值。 1 4 研究内容 以某印染厂生产废水为模拟对象，通过关键工艺因素对o 型序批式m b r 运行特 性的影响研究确定m b r 的最佳工艺条件，研究反应器中e p s 含量及组成变化对污泥性 质和膜污染的影响规律，采用吸附法分析印染废水中染料的去除机理，为m b r 的工程 化应用提供理论依据和设计运行参数，主要研究内容包括： ( 1 ) 污染负荷对a o 型序批式m b r 运行特性的影响及膜污染分析； ( 2 ) 曝气强度对a o 型序批式m b r 运行特性及反应器中e p s 含量的影响； ( 3 ) h r t 对a o 型序批式m b r 运行特性及污泥性质的影响； ( 4 ) a o 型序批式m b r 处理印染废水的可行性分析。 本课题受国家自然科学基金项目“膜生物污染机理及污染层成长的控制研究( 批准 号：5 0 6 7 8 0 7 3 ) 一和江苏省太湖水专项项目“f o p _ e g s b - 凇r 组合技术处理化工工业 废水的研究( 批准号：b s 2 0 0 7 1 2 5 ) 弦的资助。 4 第二章污染负荷对a o 型序批式m b r 运行特性的影响研究 第二章污染负荷对a o 型序批式m b r 运行特性的影响研究 2 1 前言 染料是一种化学结构复杂的化合物，含有人工合成的复杂芳香烃分子结构，因此， 含染料的印染废水是最难处理的工业废水之一，具有成分复杂、有机物含量高、色度深、 化学需氧量( c o d ) 高，而生化需氧量( b o d 5 ) 相对较低，可生化性差，排放量大等特点【3 3 】。 面对2 0 0 8 年1 月1 日起实施的太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染 物排放限值( d b 3 2 t 1 0 7 2 2 0 0 7 ) 以及水资源短缺的严酷现实，现有处理工艺已无法满足 达标排放和水回用的迫切需求，开发高效可行的印染废水处理新工艺势在必行，也是义 不容辞。本章以某印染厂的生产废水为模拟对象，重点研究了不同污染负荷对a o 型序 批式m b r 工艺的处理效果及膜污染的影响，探讨了该工艺处理印染废水并实现污水回 用的可行性，为m b r 技术在印染废水处理中的应用提供有益参考。 2 2 实验方法 2 2 1 装置与流程 如图2 1 所示，配水池中的印染废水首先经蠕动泵打入水解酸化即a 段，其出水泵 入序批式m b r 反应器即o 段，经由真空泵抽吸出水。a 段的有效容积为4 0l ，内设搅 拌装置。o 段的有效容积为6 0l ，内设曝气管和膜组件，膜组件为杭州凯洁膜分离技术 有限公司生产的聚丙烯中空纤维微滤膜，膜面积为2m 2 ，膜孔径为0 2 哪。m b r 出水 由液位计自动控制。 i1 尘 5 - l 痢妒 4 8 一 l 配水池；2 蠕动泵；卜a 池；4 搅拌装置；卜- m b r 或o 池；6 膜组件；7 真空泵；8 一曝 气泵；啡气管 图2 - 1a o 型序批式m b r 示意图 f i g 2 1 s c h e m a t i cd i a g r a mo fa o t y p es e q u e n c i n gb a t c hm b r 2 2 2 实验凋水 实验用水为模拟某印染厂印染废水，该废水由印染工艺废水+ 生活废水混合而成， 印染工艺废水中染料( 均来源于德司达上海贸易有限公司) 采用分散红f b ( 蒽醌染料) 与活 本章内容已发表在印染，2 0 0 9 ，3 ( 3 5 ) ：2 6 一- 2 9 ， 5 江南大学硕士学位论文 性蓝b 一2 g l n ( 偶氮染料) ，等量添加；生活废水中有机物由葡萄糖提供【3 4 1 。具体水质为： c o d5 0 0 1 1 0 0m g l ( 由两种染料和适量葡萄糖共同组成) ，色度1 6 0 - - , 1 2 8 0 ，同时添加适 量( n i - 1 4 h c 0 3 、k h 2 p 0 4 、m g s 0 4 7 h 2 0 、f e s 0 4 7 h 2 0 、m n s 0 4 h 2 0 、c a c l 2 2 h 2 0 。进 水p h 控制在7 n 8 。通过改变c o d 产生不同的污染负荷，具体情况见表2 1 所示。 表2 - i 进水水质组成 t a b l e 2 - 1 w a t e rq u a l i t yo fi n f l u e n t 2 2 3 接种污泥 a 段污泥取自无锡城北污水厂消化污泥。 0 段污泥取自太平洋纺织印染有限公司污水处理段。 2 2 4 运行条件 a 段h r t 为1 6h ，一个运行周期为8h ，每周期出水2 0 l ，溶解氧( d i s s o l v e do x y g e n ， d o ) 控制在0 3m g l 以下。o 段h r t 为2 4h ，连续曝气，一个运行周期为8h ，每次 出水2 0 l ，d o 控制在3 肌6 0m g l 。反应温度在2 5 5 。c 之间，实验期间不排泥。 2 2 5 分析项目及测定方法 c o d 采用重铬酸钾法；色度采用稀释倍数法【3 6 】；氨氮采用b e r t h e l o t 颜色法【3 7 】； b o d 采用生物膜法【3 8 】。 2 3 结果与分析 2 3 1 污染负荷对a 段出水可生化性的影响 a 段的污染负荷对废水b c 比的影响结果如图2 2 所示。可见，污染负荷越低，进 水b c 越小，水解酸化的效果越明显。这可能是因为b c 比相对较小时，c o d 浓度也 较低，难降解有机物的量相对较少，微生物能够充分发挥它们对这些难降解有机物的降 解作用，因此降解效果越好，从而使得出水的b c 比提高幅度越大。但无论进水污染负 荷多高，经水解酸化后的出水b c 比均在0 5 以上，完全可以进入o 段进行好氧处理。 2 3 2 污染负荷对。段出水c o d 的影响 由于a 段在提高废水b c 比的同时，也去除了部分c o d ，因此，o 段进水c o d 最 高浓度为8 4 4 3m g l ，如图2 3 所示。虽然o 段进水中的c o d 浓度逐步提高，但其出 水并没有受到影响，反而随着污染负荷的增加，反应器运行逐步稳定，即使在最大污染 负荷时，出水c o d 仍在6 0m g l 以下，c o d 去除率在9 5 3 左右，o 段对污染负荷具 有较强的抗冲击负荷能力，这是传统生物处理无法达到的效果。 6 第二章污染负荷对a o 型序批式m b r 运行特性的影响研究 + 进水b c s 得 褪 型 l591 31 72 12 5 时自j ( d ) 图2 2 污染负荷对废水可生化性的影响 f i g 2 - 2i n f l u e n c eo fo r g a n i cl o a d i n gr a t eo nw a s t e w a t e rb i o d e g r a d a b i l i t y 1 0 0 0 9 0 0 8 0 0 7 患6 0 0 善裟 3 0 0 2 【d 1 0 0 o i59l jl 72 lz 5 时间( d ) 图2 - 3 污染负荷对。段出水c o d 的影响 f i g 2 - 3i n f l u e n c eo fo r g a n i c l o a d i n gr a t eo l le f f l u e n tc o do fo - s t a g e o 段对经水解酸化处理的印染废水有较好的处理效果，一方面是因为膜的过滤作 用，微生物包括专属功能微生物被完全截留在反应器中，实现了水力停留时间和污泥停 留时间的彻底分离，使生物反应器内可保持较高的污泥浓度，也有利于世代周期较长微 生物的增殖，从而使系统运行更加稳定。另一方面，随着反应器的运行，膜表面的凝胶 层逐步形成，能够截留水中可溶性大分子有机物，使其在活性污泥系统中有足够的停留 时间，能够提高难降解大分子有机物的处理效率，利于其彻底分解【3 9 1 。此外，偶氮染料 在还原性兼氧条件下被脱色，但是其分解产物并没有被最终的代谢，而是在兼氧条件下 得到累积。在好氧阶段，偶氮染料的分解代谢产物被成功地去除m 】，这也充分说明在 a o 型序批式m b r 这样一个兼氧好氧系统中，染料能够获得足够的时间得到充分彻底 地降解，这与序批式m b r 阶段较高的c o d 去除率相吻合。 7 砌蚰舳粥卯加m 0 ：2 u 凹 盯 帖 够 u ， 摹一料滥啦 砌蚰加回卯加m o 江南大学硕士学位论文 2 3 3 污染负荷对。段出水氨氮的影响 图2 - 4 给出了。段系统进、出水中的氨氮浓度以及氨氮的去除率。可以看出，随进 水氨氮浓度的提高，出水氨氮浓度基本呈现一个稳定的状态，除第1 7 天由于进水中氨 氮浓度增加幅度较大，导致出水氨氮浓度较高外，其余时间均在7m g l 以下，也正是 这一污染负荷，说明。段不仅对c o d 负荷冲击有较好的抵抗能力，对氨氮也有同样效 果，仅两天后氨氮去除率即得以恢复，在9 7 1 左右，总体来看，o 段对氨氮的去除始 终保持在良好状态。 l59 1 31 72 12 5 时间( d ) 图2 _ 4 污染负荷对o 段出水氨氮的影响 f i g 2 - 4i n f l u e n c eo fo r g a n i cl o a d i n gr a t eo ne f f l u e n tn h 4 + - no fo - s t a g e 理论上，兼氧环境对氨氮的去除必不可少，但其对氨氮的表观去除率贡献不大，氨 氮的去除主要依靠o 段的作用。膜对氨氮这种小分子的截留作用很小【4 1 1 ，氨氮的去除 几乎全靠m b r 中微生物来完成，然而，氨氮的高效去除却是源于膜的截留，膜截留了 大量世代周期较长的硝化细菌，保证了系统良好的硝化效果和较强的抗冲击负荷能力。 2 3 4 污染负荷对。段出水色度的影响 l591 31 72 12 5 时间【d ) 图2 5 污染负荷对o 段出水色度的影响 f i g 2 - 5i n f l u e n c eo fo r g a n i cl o a d i n gr a t eo ne f f l u e n tc o l o ro fo - s t a g e ， 零一碚鬣峭 啪舳加哩罐岬加m o 回 卯 狮 m o 一1邑撩酶 ，摹一豫篮稍 似踮孢卯的m o 啪 咖 瑚 鲫 湖 枷 姗 枷 m o 蛰姐 第二章污染负荷对a o 型序批式m b r 运行特性的影响研究 图2 5 显示，o 段对进水中的色度有着良好的去除效果。o 段系统进水中的色度梯 度递增，实验后期，色度提高的幅度还很大，从2 5 6 增加到8 0 0 。然而，出水色度曲线 却是稳中有降的，一直维持在较低水平，最高色度也不超过4 0 ，色度去除率则是逐步升 高的，直到最高负荷时的9 5 5 ，这意味着相对于c o d 和氨氮，o 段对色度的冲击及 去除能力更强，又