（环境工程专业论文）膜生物反应器处理印染废水中工艺参数的优化研究.pdf

摘要 y 9 3 0 2 2 l 本文采用自行设计的厌氧 好氧一膜生物反应器进行了印染废水的实验研究 通过 运行实验及状况分析 研究了系统出水指标和不同影响因素之间的关系 并对运行条 件和操作参数进行了优化设计 实验采用连续避水的方式 进水流量控制在o 1 6 m 3 d o 1 7 m 3 d 之间 即好氧段 的水力停留时间h r t 1 0 5 h il h c o d 值范围在3 4 3 2 1 m g l 8 7 0 4 5 m e f u 之间 1 5 天以后完成启动 之后 控制进水流量在o 1 9 m 3 o 2 8m 3 d 之阊 水力停留时间 分别为6 h 8 h 和9 h 系统的出水c o d 在1 3 5 3 m g l 以下 其中厌氧段 好氧段 膜和总去除率分别为2 4 8 3 5 l 8 3 1 和9 2 1 系统对色度 s s 的去除效果 较好 色度值保持在1 6 以下 s s 的去除率达到了1 0 0 出水口h 的保持在8 9 0 以 下 在进行系统运行效能的研究中 发现系统m l s s 增殖基本上呈线性趋势增长 m l s s 在2 0 0 0 m g l f o o o m g l 之间是适宜的 并没有对处理效果产生影响 系统容积 负荷在0 6 9 1 5 a 7 6k g c o d 岔 d 之间 并且污泥负荷在0 托s 2 0k g c o d k g m l s s d 之间的时候 污泥处理效率比较理想 本文还分析了膜的截留原理 得出膜对系统的贡献最大 占系统总的去除率的9 0 1 5 在进行参数优化研究的实验中 在气水比为4 0 1 曝气量为2 8 m 3 m 抽吸时 阊为1 0 m i n 停吸时间为8 m i n 污泥浓度在2 o m 妒 g 压 之阊 水力停留时 问为9 h d o 为2 o 3 0 m g l 系统处理效果达到最佳 系统的临界膜压为0 p 1 3 m p 计算出系统总糖耗为o 5 7 3k w h m 3 其c f l 鼍气能耗为0 4 5 9k w l y r e 3 占总能耗 的幕0 7 关键词 膜生物反应器 印染废水 处理 参数研究 s t u d y o no p t i m i z a t i o no fp a r a m e t e r si nt r e a t i n g p r i n t i n ga n dd y e i n g w a s t e w a t e r b ym e m b r a n e b i o r e a c t o r t h i sa r t i c a lu s et h ea n a e r o b i c 0 x i cm e m b r a n eb i o r e a c t o rd e s i g n e db yo u r s e l v e st o t r e a td y e i n gw a s t e w a t e r t h r o u g has e r i e so fo p e r a t i o ne x p e r i m e n ta n ds t a t ea n a l y s i s w e s t u d i e dt h ei n f i u e n c ei n d e xa n dd i f f e r e n tf a c t o rs e p a r a t e l y o p t i m i zt h eo p e r a t i o nc o n d i t i o n a n dp a r a m e t e ro f o p e r a t i n ge s p e c i a l l y t h es t a r tu po ft h em e m b r a n eb i o r c a c t o rc o u l db ef i n i s h e di n1 5d a y s w h e nt h e o p e r a t i n gc o n d i t i o n sw e r e t h ei n f l u e n tf l u xo 1 6 m d 0 1 7 m 3 d t h eh r t1 0 5 h l l h t h e i n f l u e n tc o d c r3 4 3 2 1 m g l 8 7 0 4 5 m g l l a t e rt h ec o n d i t i o n sw a s t h ei n f l u e n tf l u xo 2 8 m 3 t d o 1 9 r n 3 d t h eh r t 眠8 ha n d9 hr e s p e c t i v e l y c o d c rw e l eu n d e r1 3 5 3 m e d l 髓e r e m o v a le f f i c i e n c yo fa n a e r o b i cp a r t a e r o b i cp a r t m e m b r a n ea n ds y s t e mw 嗽2 4 8 3 5 1 8 3 1 a n d9 2 1 r e s p e c t i v e l y c o l o u rv a l u eo fs y s t e mk e p tu n d e r1 6 t h er e m o v a l r a t eo fs sw a s1 0 0 p hi su n d e r8 9 0 i nt h es t u d yo f s y s t e m a t i co p e r a t i o ne f f i c i e n c y w ed i s c o v e r e dt h a tm l s sh y p e r p l a s i a q u i c k l ya n di n c r e a s e dl i n e a r l y m l s si ss u i t a b l eb e t w e e n6 0 0 0 m e la n d2 0 0 0 r n w l w h e n t h ev o l u m el o a d i n gi sb e t w e e n0 6 9 1 k g c o d 1 n j d a n d5 4 7 6 k g c o d 1 n j d t h es l u d g e l o a d i n gi sb e t w e e n0 4 6 k g c o d l k g m l s s d a n d5 2 0 k g c o d k g m l s s d t h ec h a n g eo f v o l u m el o a d i n ga n ds l u d g el o a d i n gh a dn o to b v i o u se f f e c to nc o d e rr e m o v a le f f i c i e n c y t h r o u g ha n a l y s i n gt h ep r i n c i p l eo fm e m b r a n ep r e v e n t i o n w ef o u n dt h a tt h er e m o v a lr a t i o o f m e m b r a n et ot o t a ls y s t e m 阻s9 0 1 5 i no p f i m i 西n ge x p e r i m e n tp a 删 w h i l et h er a t i oo f v wa t4 0 1 t h ea m o u ro f a e r a t i o nw a s2 8 m 3 h s u c t i o nt i m ew a s1 0 m i n s u c t i o ns u s p e n d e dt i m ew a s8 m i n t h e m l s sw a sa t2 0 0 0 t n g l 6 0 0 0 l n g 几 h r tw a s9 h d ow a sb e t w e e n2 0m g la n d3 0 m e t t t h ec o n d i t i o no fs y s t e mr e m o v a lw e n tt ot h eb e s t a n dt h ec r i t i c a lp r e s s eo fm e m b r a n ew a s 0 13 m p t h et o t a l e n e r g yc o n s u m p t i o n o fs y s t e mw a s0 5 7 3 k w h m 3 t h ee n e r g y c o n s u m p t i o no f a e r a t i o nw a s o 4 5 9k w h m 3 t h er a t i oo f a e r a t i o nt os y s t e mw a s8 0 z h uz h e n y a e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g d i r e c t e db yp r o f e s s o rt o n gp a n r u i k e yw o r d s m e m b r a n eb i o r e a c t o r d y e i n gw a s t e w a t e r t r e a t i n g呻m e t e r e f f i c i e n c y 1 绪论 1 绪论 1 1印染废水的水质特点和处理方法 1 1 1 印染废水的水质特点 我国是纺织印染的第一大国 而纺织印染行业又是工业废水排放的大户 约占整 个工业废水排放量的3 5 据不完全统计 我国印染废水排放量约为每天3 1 0 6 4 1 0 6 m 印染厂每加工l o o m 织物 会产生3 5 t 废水 故由此而造成的生态破坏及 经济损失是不可估量的 因而要实现印染行业的可持续发展 必须首先解决印染行业 的污染问题 印染企业生产的品种多种多样 不同印染厂加工工艺不同 一般主要经过退浆 漂白 丝光 染色 整理等工序 印染过程各工序排出的废水组成印染废水 废水中 含有染料 染色加工过程中的1 0 2 0 染料捧入废水中 浆料 助剂 油剂 酸碱 纤维杂质及无机盐等 染料结构中硝基和胺基化合物及铜 铬 锌 砷等重金属元素 具有较大的生物毒性 严重污染环境 其主要污染物为 a 悬浮物 纤维屑粒 浆料 整理加工药剂等 b b o d 有机物 如染料 浆料 表面活性荆酯酚 加工药剂等 c c o d 染料 还原漂白剂 醛 还原净水剂 淀粉整理剂等 d 重金属毒物 铜 铅 锌 铬 贡 氰离子等 e 色度 染料 颜料在废水中呈现的颜色 总结以上 得出印染废水具有以下特点 1 1 1 1 色度大 有机物含量高 印染废水总体上属于有机性废水 其中所含的颜色及污染物主要由天然有机物质 及人工合成有机物质所构成 由于在印染加工中大量使用了各种染化材料 这些染化 材料不可能全部转移到织物上 在水中有部分残留 使得废水的颜色深 近年来 随 着大量新型助剂 浆料的使用 造成了有机污染物的可生化性降低 处理难度加大 111 2 水质变化大 印染废水排放 j 企业q j 的织物品种 数量及所选用的染化材料等多种因素确 天 水质变化大 订 所排放的睃水 化学i l 氧蹙 c d 商时町达2 0 0 0 3 0 0 0 m g l l 绪论 而且生化需氡量 b o d 5 与c o d 之比小于0 2 可生化性差 各类印染工业产品排放的废水水质情况见表1 1 表l 一1 各类印染工业产品捧放的废水水质情况 注 c o d 染料 还原漂白荆 蘸 还原净水荆 淀粉整理荆等 b o d 5 有机物 如染料 装料 表面活性剂 醋酗 加工药剂等i 色度 染料 颜料在废水中呈现的颜色 悬浮物 s s 纤维晨粒 浆料 整理加工药剩等 p h 烧碱 国家要求印染工业废水达标要求应符合g 8 4 2 8 7 1 9 9 2 纺织染整工业水污染物排 放标准 中的废水排放标准 参见附录1 1 1 1 3 p h 值变化大 由于不同纤维原料的织物在染色和印花过程中 为使染色溶液和印花溶液成为电 解质溶液 更好上染到不同织物上 需要在不同p h 值条件下进行染色 因此 不同 纤维织物在印染和染色加工中所排放废水的p h 值是不同的 一般来说 由于棉及其 混纺织物印染加工中很多工艺都需要加入碱 造成废水中p h 较高 i 1 i 4 水量变化大 不同的纺织印染产品 由于产品纤维种类不同加工工艺不同 其生产的废水水量 也不相同 棉纺印染产品加工过程包括前处理 染色或印花以及整理三部分 生产工艺流程 较长 在印染废水中前处理和染色与印花排放的废水量基本备占一半 据初步统计 棉印染t 艺各工序均需n 卜 湿爿i 同状念下进行 在整个 i 二产过程均需进行3 6 次 1 绪论 烘干 有相当量水分被蒸发掉 毛纺织厂生产的毛纺染色产品 其染色工艺主要是散毛染色或呸昵染色 染色废 水中除了部分染色残液外 大部分为洗涤废水 毛纺织产品由于织物较厚且产品价值 较高 其用水量较大 排水量也较大 真丝印染产品 其丝脱胶和印染工艺一般分别在缫丝厂和丝绸印染厂进行 由于 真丝绸织物较薄 产品手感要求较高 印花和染色过程中其漂洗水量较大 相比较而 害 化纤仿真丝产品其印染工艺过程中废水产生量则低于真丝绸印染产品 麻纺印染产品脱胶废水薰和印染废水以漂洗水量为主 根据国内各类纺织印染产品生产用水量和废水排放量多年统计 各类产品的废水 量约为用水量的7 8 8 5 平均按8 0 计 正是由于印染企业生产品种的多样性及生产工艺的多样性 才使其废水具有上述 的特点 因而印染废水的处理具有一定的难度 印染行业的废水治理主要集中在生产 不同纤维产品的印染企业中 我国印染企业主要采用以水为媒介的湿法加工工艺 生 产中使用较大量的清洁永 摊放出较大量的含有一定色度及不同污染物的有害废水 这种废水如不进行治理 则会对受纳水体产生较大的有机性污染 使生态系统产生较 大的破坏 所以印染废水的治理势在必行 一般需采用物理 化学 生物等多种方法 缀合进行 1 1 2 印染废水的处理方法 1 i 2 1 物理化学处理法 在物理处理法中应用最多的是吸附法 这种方法是将活性炭 黏土等多孔物质的 粉末或颗粒与废水混合 或让废水通过由其颗粒状物组成的滤床 使废水中的污染物 质被吸附在多孔物质表面上或被过滤除去 目前 国外主要采用活性炭吸附法 国内 也应用活性硅藻土和煤渣处理传统印染工艺的废水 费用较低 脱色效果较好 其缺 点是泥渣产生量大 且进一步处理难度大 在材料选择上 目前报道的新型材料有 活性煤 纤维素系列 离子交换纤维 天然蒙托土和煤渣等 另外 吸附气浮法综合 了吸附和气浮的特点 具有处理效率高 适应性广 占地面积少等优点 对酸性染料 阳离子染料 直接染料等去除率达到9 2 以上 1 1 2 2 化学处理法 1 混凝法 主要有混凝沉淀法和混凝气浮法 所采用的混凝剂多半以铝盐 或铁盐为主 其中以碱式氯化钒 p a c 的架桥吸附性能较好 而以硫 酸弧铁的价格为最低 近年来 翻外采用高分子混 疑荆 ij 增加 l 1 绪论 2 3 有取代无机混凝剂之势 但在国内因价格原因 使用高分子混凝剂的还 不多见 据报道 弱阴离子性高分子混凝剂使用范围最广 若与硫酸铝 合用 剐可发挥更好的效果 混凝法的主要优点是工艺流程简单 操作 管理方便 设备投资少 占地面积小 对疏水性染料脱色效率很高 缺 点是运行费用较高 泥渣量多且脱水困难 对亲水性染料处理效果差 氧化法 臭氧氧化法在国外应用较多 臭氧氧化法对多数染料能获得良 好的脱色效果 但对硫化 还原 涂料等不溶于水的染料脱色效果较差 从国内外运行经验和结果看 该法脱色效果好 但耗电多 大规模推广 应用有一定困难 光氧化法处理印染废水脱色效率较高 但设备投资和 电耗还有待进一步降低 电解法 电解对处理含酸性染料的印染废水有较好的处理效果 脱色率 为5 旺7 0 但对颜色深 c o d 高的废水处理效果较差 对染料的电 化学性能研究表明 各类染料在电解处理时其c o d 去除率的大小顺序 为 硫化染料 还原染料 酸性染料 活性染料 中性染料 直接染料 阳离子染料 目前这种方法正在推广应用 1 1 2 3 生物处理法 2 0 世纪7 0 年代以来 国内对印染废水以生物处理为主 占8 0 以上 尤以好氧 生物处理法占绝大多数 从现有情况看 我国印染废水生物处理法中以表霞加速曝气 和接触氧化法占多数 此外 鼓风晖气活性污泥法 射流曝气活性污泥法 生物转盘 等也有应用 生物流化床尚处于试验性应用阶段 但由于生物对色度去除率不高 般在5 0 左右 所以当出水色度要求较高时 需辅以物理或化学处理 表1 2 为国内 印染废水生物处理工艺运用情况 1 1 2 4 碱减量废水处理方法 据资料介绍 目前处理碱减量废水的成熟技术在国内仍是空白 在研究该项废水 的处理时通常采用化学法 化学法去除对苯二甲酸有较好的作用 但仍存在不少问题 通常碱减量废水处理的流程为 碱减量废水一调节池一中和池一聚乙烯过滤器一出水一与其他废水进一步生化处理 采用化学法析出对苯二甲酸作为碱减量废水预处理技术 然后用生物技术处理综 合废水的方法是治理高浓度涤纶仿真丝印染废水的有效方法 是目前治理该类废水的 主要途径 采用化学法处理碱减量废水虽然处理效果较好 但仍存在一 些问题 1 预处理 艺的晟佳p h 值在4 南的范嘲内 而碱减量f j f 水p l 值为1 2 1 4 降低p h 值需 t 用1 定数量的酸 从而使运行费j i 提高 返址 l 婀净的n u 趔 l 绪论 2 预处理产生的对苯二甲酸白色粉状物在工业上有回收利用价值 但市场销路有 待开拓 表1 2国内印染废水生物处理工艺运用情况 因无效1 9 8 7 年停运 含填海造地费用 1 2 膜生物反应器 m a r 1 2 1 膜生物反应器概念和类型 膜生物反应器 m b r 是将膜分离技术 多使用超 微滤膜 与污水处理中的 生物反应器相结合而成的一种新的污水处理装置 将膜组件引入直接废水生物处理的 氧化池中 可达到生物降解和泥水分离同时进行的目的 把膜技术与处理污水的生物反应器结合起来的工艺已经发展成为了三种类型的 膜生物反应器 m b r s 用于周体的分离与截留 用于在反应器中进行无泡曝气和从 工业污水中萃取优先污染物 膜与生物工艺的结合通常大多是用来取代沉淀池的 例 如用来分离微生物 见图l 1 a 这种膜生物反应器又可以分为 l 分置式m b r 2 一体式m b r 3 复合式m b r 见图1 2 1 但是膜也可以采用其他两种方式与生 物t 艺结合束处理污水 第一种 膜可以用于进行气体的传质 一般是指好氧 艺中 的氧 气f 晃陶1 一l b 第二种 膜可以用束控带8 营养物质向生物反应器总的佟输或 1 绪论 者污水中萃取污染物质 而这些污染物质采用常规生物工艺则无法进行处理 见图1 1 c d 圈 藏分 时氯气悖曩 毫麓置应 奉 历幂为 t 簟囊囊毫 生囊奠盛一对 生长生囊一曲摹曩中空舛 蠢 况厦戚 t 翻腿 图l l 二种m b r 下艺的示意翻 图1 2 膜分离生物反应器的示意图 1 2 2 膜生物反应器的优点 a 能高效地固液分离 分离效果远好于传统的沉淀池 出水水质良好 出水悬 浮物和浊度接近于零 可直接回用 实现污水资源他 b 反应器内的微生物浓度高 酎冲击负荷 c 膜的高效截留作用 使微生物完全截留在反应器内 实现了反应器水力停留 时问 h r t 和污泥龄 s r t 的完全分离 使运行控制更加灵活稳定 d 利于增殖缓慢鳃硝化细菌的截留 生长和繁殖 系统硝化效率得以提高 通 过运行方式的改变亦可有脱氮和除磷功能 e 泥龄长 膜分离使污水中的人分予难降解成分 在体积有限的生物反应器内 有足够的停翻时间 人大提高了难降解有机物的降解效率 反应器住商容积负荷 低 i 便t 4 l 垲龄卜边 l f 1 0 j 蛙j 4 i 秦 5 j 艟 被 l 绪论 f 系统采用p l c 控制 可实现全程自动化控制 g 占地面积小 工艺设备集中 表1 3 列出了不同的m b r 各自的主要优点和缺点 本书的后面章节将对这些优 点和缺点进行详述 但是可以很明显地看出 膜技术与生物污水处理工艺相结合来处 理污水与以前的污水处理工艺相比有其独到之处 特别是占地面积小 设备集中 模 块化 并且具有升级改造的潜力 表1 3 不同m b r 的优点和缺点 1 2 3 膜生物反应器的能耗 m b r 的能耗主要来自供水泵 循环泵 渗透水抽吸泵和曝气系统 浸没式m b r 通过反应器中的气体运动来实现所需的错流速度 通过高于膜的水位来实现所需的压 力 而外置式是通过 个大的水泵来实现微生物循环 满足所需的高压和流速的 因 此浸没式比外置式总能耗要低 浸没一体式m b r 的能耗一般是o 2 0 4 k w h m 3 c o t e 等人记录到的数据为o 3k w h m 3 其中曝气能耗为o 2 8k w h m 3 曝气能耗 般l 凯憩能耗的8 0 1 0 0 i m b r 的能耗比常规活性污泥法高 高能耗的麒因首先是阕为m b r 过程必须保 i 绪论 持一定的膜驱动压力 其次是m b r 中m l s s 非常高 水中氧的传质效果往往很差 所以m b r 工艺采用加大曝气量的方式来改善这一状况 因而造成能耗偏高 再者污 染使膜通量迅速降低 必须增大流速 冲刷膜面 减轻膜污染以维持所需要的膜通量 1 2 4 膜生物反应器应用于污水处理的早期进展 s m i t h 等人 1 9 6 9 首次报道了在活性污泥法工艺中采用超滤取代二次沉淀池的 方法 d o r r o l i v e r 公司在2 0 世纪6 0 年代开发了一种膜污水处理工艺m s t m e m b r a n e s e w a g et r e a t m e n t 2 0 世纪7 0 年代 d o r r o l i v e r 公司和s a n k i 工程有限责任公司达 成协议 使得该工艺首次进入日本市场 今天 日本已经有数家公司提供膜生物反应 器成套产品 广泛应用于家庭污水处理和回用以及废水中c o d 通常较高的一些工业 领域 1 9 8 9 年 日本政府联合许多大公司共同投资 意欲研制一种节省占地面积 出 水水质好 适于污水回用的工艺 1 9 8 2 年 d o r r o l i v e r 公司推出了膜厌氧反应系统 m a r s 来处理高浓度食品废水 c o d 去除率达9 9 虽然分离膜生物反应器已经广泛应用于实际工程中 但是膜曝气生物反应器 m a b r s 和萃取膜生物反应器 e m b r s 还仅仅处于中试阶段 无泡气体传质最 早的报道之一是关于采用致密膜对污水进行充氧的试验 y e h 和j e n k i m 1 9 7 8 而 e m b r 的概念则是从处理低v i i 值 商总溶解固体有害污水中的含氯有机化合物的过 程中发展而来的 l i v i n g s t o n 1 9 9 4 1 2 5 膜生物反应器应用于污承处理的现状 好氧m b rt 艺的实际商业应用最早出现在2 0 世纪7 0 年代末期的北美 紧接着 出现在8 0 年代早期的日本 差不多也在这个时候 厌氧m b rt 业在南非进入了工 业污水处理市场 而在欧洲 好氧m b r 工艺直到8 0 年代中期才第一次出现 目前在世界范围内 实际运行的m b r 系统已经超过5 0 0 套 同时许多工程正在 计划或者建设中 m b r 在f 本的商业应用发展很快 世界上约有6 6 0 的工程在日本 见表l 4 其余的m b r 工程主要在北美和欧洲 这些工程中9 8 以上是膜分离工 艺与好氧生物反应器而非厌氧生物反应器相结合 约5 5 是膜浸没于生物反应器中 其余则是膜器件置于生物反应器之外 1 绪论 表l 4 世界范围内m b r 所处理污水的类型及相应类型 占总m b r i 程数量的比例 e m b r 和m a b r 尚未进入商业应用阶段 两种工艺的研究和开发均集中于美国 和欧洲的几个大学和相关的公司范围之中 1 3 课题的研究的意义和内容 1 3 1 课题研究的意义 纺织印染行业对环境的破坏是很严重的 因此 我们需要找到一种经济高效的水 处理方法 能使得大量的印染废水经过处理以后回用 那么就能够一定程度上缓解城 镇的用水危机 在处理印染废水的各种方法中 膜处理的效果是比较好的 膜生物反 应器 m e m b r a n eb i o r e a a e l o r 简称m b r 具有许多其它生物处理工艺无法比拟的明 显优势 特别是出水水质可以满足目前最严格的污水标准 因此 膜生物反应器具有 一定的特色 是值得在国内外广泛推广和使用的 但是 蘸人研究的内容主要集中在膜生物反应器处理各种废水的出水指标上面 对于系统工艺参数之间的优化涉及的不是很多 所以 本课题的研究内容 对于节省 能源 促进膜生物反应器更好的发展特长以及提高膜生物反应器的市场竞争力有较大 的意义 1 3 2 课题研究的内容 课题主要考察m b r 系统参数 水力停留时间h r t 污泥停留时间s r t 曝 气量 溶解氧d o 膜操作压力 膜通量 抽 停吸时间 能耗等因素之间的关系 同时考察m b r 处理印染废水的效果 试验分四个阶段 l 试验启动阶段和污泥驯化 2 分别在h r l 郦h 8 h 和9 h 下各运行 不排泥 看着系统对污染物的去除效果 找出各个参数之间的关系 并 确定出最佳水力停留时间 在运行期间测定膜压 膜通量随时间的变化 找到临界 膜压和膜通量 控制不同的操作压力 看看不同操作压力下的膜通量是如何变化的 3 控制h r t 为最佳 不排泥 运行相对稳定时 进行曝气量 抽吸停吸时间和膜 通量的关系 9 l 绪论 1 3 3 课题研究的创新点 试验采用的是自行设计的a om b r a n a e m b i c o x i cm b r 即厌氧一好氧膜生物 反应器 处理系统 该系统就是在好氧生物池中加入膜组件构成好氧m b r 系统 再 在好氧m b r 系统前加入厌氧池 整体构成a o m b r 处理系统 该系统既提高了印 染废水的可生物降解性 又将污染物截留在了反应器内 提高了处理效率 关于该系统的处理效果 以前已有研究 可是如何让系统经济 高效的运行 使得m b r 各项参数最优化 以前的论文并没有涉及到 所以 本文在这点上进行了 创新 找出了a 0 m b r 系统各项参数之间的关系 并讨论了如何更好的控制各项参 数 以便系统在经济且商效的环境下运行 2 试验方案的选择和系统启动 2 试验方案的选择和系统启动 2 1 试验流程和主要设备 2 1 1 工艺流程 1 艺流程如图2 一l 所示 1 进水箱2 永雍3 术解瞳化池4 软性填料5 穿孔管 6 童组件 t 好氯曩生钓反应蒜 8 曩气头 9 空压机 1 0 抽吸雍 图2 一l 水解酸化 好氧膜生物反应器工艺流程 2 实物装置如图2 2 所示 图2 2m b r 试验装置图 本实验流程中 水箱l 内的印染废水在泵2 的作用下流入水解酸化池3 通过穿 孔管5 均匀布水 废水在由下往上的缓慢升流的过程中与软性填料4 接触 进行初步 的水解酸化反应 水解酸化后的废水i l 溢流ii 流入好氧膜生物反应器 内 进行生物 降解和膜过滤过程 然后在抽吸泵l 的坼 i l 卜利j l j 膜组件6 的分离作 j 秘到最终出 2 试验方案的选择和系统启动 水 好氧膜生物反应器池底的曝气装置8 由2 4 个徽孔曝气头均匀分布 固定组合而 成 空气压缩机9 起到导入空气 进行曝气的作用 曝气一方砸提供微生物所需的氧 气 另一方面带动水流对膜面进行冲刷 有效地防止了膜孔的堵塞 起到了防止膜污 染的作用 2 1 2 主要设备 1 设备主要尺寸一览表 如表2 一l 所示 表2 i 设备主要尺寸一览表 2 水解酸化池的填料选用欺性纤维填料 由于软性填料比表面积大 剥弼率高 空隙可变不堵塞 适用范围 r 造价低 运行费少等优点 近攀来已艘产泛地甩誓印染 丝绸 毛纺 食箍 i 鼻噻麓i 獭亿工 墙纸 麻纺 医貌 禽氰等废承处理常鬻黉羽填充容歉为3 暇 o 填料的介入为徽生物舞供了更加有乖j 的生存环境 附着相和悬浮相微生物格网完成对污染物的降解过程 填料照片如图2 3 所示 图2 3 填聿霉照片 所选纤维填料型孽教觌攥麴表黔2 所示 表2 2 纤维填料型号及规格单位 姗 2 试验方案的选择和系统启动 2 2 试验水质及分析测定方法 2 2 1 试验水质 本试验在陕谣省成阳华润印染有限公司进行 所用原水水质取自该厂曝气池 原 水水质范围见表争3 表2 3 进水水质 2 2 2 接种污泥 试验所用活性污泥取自该厂曝气池中活性污泥 污泥需经过培养驯化 一开始好 氧池中的污泥沉降比s v 接近于9 0 实验中需放掉一点 2 2 3 主要测定项目和分析方法 2 2 3 1 测定项目 本试验要考察m 掰曝统各参数之闯的关系以及处理废承效果的好坏 所以测定 的数据主要有化学需氧量 c o d 溶解氧 d o 色度 浊度 污泥沉降比 s v 3 0 混合液悬浮固体 知虬s s 污泥指数 s v l p h 值 温度 核算反应器的污泥负荷 容积负荷 确定反应器的运行参数包括水力停留时间c h r t 污泥停窝时间 s r t 进水流量 曝气量 膜通量 抽吸泵压力 抽 停吸时问比 能耗等 2 2 3 2 分析方法 1 化学需氧量 i c 现 采用标准重铬敬镣法 c o d 0 具体作法是在强酸性溶液中 准确加入过量的重 铬数钾标攥漆滚 翻熟圊流 将水样中还原性物质氧化 过量的重铬酸钾以试亚铁灵 作指示剂 用硫麓雏铗鞍标准溶液回滴 根据所消耗的重铬酸钾标准溶液量计算水量 的化学需氧量 计算公式为c o d r q m g l 1 坐尘土2 弩二兰旦兰塑竺 2 一 r 式中 c 为硫酸垭铁铵标准溶液的浓度 t o o l i 1 2 试验方案的选择和系统启动 v o 为滴定空白硫酸亚铁铵标准溶液用量 m l v l 为滴定水样时硫酸亚铵氨标准溶液用量 m l v 为水样的体积 m l 2 溶解氧的测定 d o 溶解氧测定的方法是叠碳化钠修正碘量法 水样中含有亚硝酸盐会干扰碘量法测 定溶解氧 可用叠碳化钠将亚硝酸盐分解后再用碘量法测定 在水中加入硫酸锰和碱 性碘化钾 水中的溶解氧将二价锰氧化成四价锰 并生成氢氧化物沉淀 加酸后 沉 淀溶解 四价锰又可氧化碘离子而释放出与溶解氧量相当的游离碘 以淀粉为指示剂 用硫代硫酸钠标准溶液滴定释放出的碘 可计算出溶解氧的含量 计算公式d o 0 2 m g l m x v x f s x l 0 0 0 2 2 y 采 式中 m 为硫代硫酸钠标准溶液浓度 m o l l 1 v 为滴定消耗硫代硫酸钠标准溶液体积 m l v 为水样体积 m l 3 污泥沉降比 s v 3 0 污泥沉降比用沉降法测定 曝气池混合液在1 0 0 m l 量筒中静置3 0 分钟后 沉降 污泥与混合液之体积百分比 正常静置3 0 分钟后 可接近它的最大密度 故污泥沉 降比可以反映出正常运行时曝气池中的污泥量 4 混合液悬浮固体 m l s s 曝气泡中污水和活性污泥混合后的混合掖悉浮固体的数量 单位为m g l 1 测量方法为 先将一张滤纸赦入称量瓶内 放入烘箱内烘干 稳定后用分析天平 称出瓶和纸的重量 记为g l 然籍取1 0 0 m l 曝气池混合液用所烘干的滤纸过滤 然 后将滤纸和其配套的稼量瓶一起教入烘箱中娥烤 温度 控制在1 0 3 1 0 5 烘至恒重 稳定后 用分祈天平 称出此时的瓶和纸重 记为g 2 采用差值法可得出污泥 的重量 计算公式为m l s s g i g 2 2 3 式中 g i 为开始时滤纸和称薰瓶的重量 g g 2 为烘至恒重的滤纸和称量瓶的熏盛 g 5 p h 值的测定 取各水样 使用酸度计 读出水样的p h 值 其装置图如图2 4 所示 图2 4 p h 的测定装茕 6 也度的测精 色唆的测簸使 的足稀释倍数法 将水样用无色的水稀释到接近 尢色时 记录稀 2 试验方案的选择和系统启动 释倍数 以此来表示水样的色度 计算公式为色度 2 2 4 式中 n 为稀释倍数 7 生物相 取曝气池的污泥 使用电子显微镜 观察曝气池的生物相 8 污泥体积指数 s v i 曝气池污泥混合液经3 0 分钟沉降后 l g 干污泥所占的体积 计算公式为 s v 卜堕幽繁慧黼掣佃l og 1 浯s 混合液污泥浓度 9 容积负荷m 容积负荷是指反应器单位容积 单位时间能够接受并将其降解到预定程度的有机 污染物量 以肌表示 帆 单 k g c o d m 3 d 2 6 9 一污水流量 m 3 d 一原污水中o d d 浓度 m g l 肛反应器有效容积 n 1 3 1 0 污泥负荷m 污泥负荷为反应器内单位重量话性污泥 单位时间能够接受并将其降解到预定程 度的有机污染物量 以n s 表示 m 黔 k g c o d k g m l s s d 2 7 q 污水流量 m a l d s 0 原污水中c o n 浓度 m g l 反应器有效容积 m 3 混合液悬浮固体 m l s s 浓度 m p j l 1 1 膜通量j 膜通量是指单位时间单位膜表面通过的流量 其单位为l m h 计算公式为j 兰 2 8 式中 a 为膜表面积 m 2 设备出水有转子流量计控制 末端接一个自来水龙头 但是由于出水中有气泡 所以流量计凄数不准 因此采用1 0 0 0 m l 蠡筒 通过秒表记时 用时间数掘换算成出 水的膜通请 2 试验方案的选择和系统启动 2 2 4 试验仪器和试剂 试验仪器 试剂以及生产厂家见表2 4 和表2 5 表2 4 试剂一览表 序号试剂规格笙声厂蒙 硫酸猛 重铬酸钾 基准 硫代硫酸钠 硫酸亚铁铵 浓硫酸 9 8 硫酸银 碱性碘化钾 试亚铁灵指示液 叠氮化钠 淀粉 n a o h 固体 分析纯 分析纯 化学纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 天津市耀华化工厂 西安化学试剂厂 西安化学试剂厂 西安化学试剂厂 西安化学试剂厂 西安有色金属研究所 西安化学试剂厂 西安化学试剂厂 西安化学试剂厂 西安化学试剂厂 天津化学试剂三厂 1 2 n a c i o 固体分析纯天津化学试剂三厂 2 3 4 5 6 7 8 9 托 2 试验方案的选择和系统启动 2 3 试验过程和方法 2 3 1 第一阶段 试验启动阶段和污泥驯化 此阶段主要是试验的准备阶段 包括设备的安装 试验仪器和药品的准备以及污 泥的驯化 历时2 0 天 其实 实验中的厌氧泥基本上不需要驯化 进水的逐渐加大 主要是针对m b r 中的活性污泥增殖 驯化污泥是正常运行前的关键环节 现在简单介 绍一下厌氧池污泥和好氧池活性污泥的培养和驯化 1 厌氧污泥驯化 污泥驯化的种子污泥是取自西安市邓家村污永处理厂的厌氧泥 所用废水取自该 厂曝气池 此次驯化方式为 接种聊l 化法 直接在一定量泥中逐渐加大废水量 以 逐渐提高污泥负荷 由于进水的p h 值一般在1 0 1 3 碱性很大 所以一开始进水 先用盐酸溶液把进水p h 值调到9 左右 同时把原水稀释 方法是按l 3 的比例 加入自来水 进水流量控制在0 1 6 0 1 7 m 3 坩 即好氧段的水力停留时间 h r t l o 5 h 1l h 在驯化过程中发现杆菌生长良好 数目逐渐增多 菌胶团的形态和数量也比较稳 定 由于中间厂子停产3 天 所以驯化时间延长 经过大约2 0 天后 水解酸化池内 的弹性纤维填料上有黏附的生物膜 水面上有少量气泡产生 驯化培养基本完成 2 好氧污泥驯化 活性污泥取自污泥回流泵房的好氧泥 在戮化污泥时负荷应先低一些 接种污泥 浓度要求保持在o 5 9 r 以上 活性污泥能否增长到设计指标十分重要 在接种以后 逐渐加大工业废水进水量 即是提高底质中工业废水的比例 使活性污泥在供氧充足 营养比例合适 b o d s 负 荷又不过高的情况下迅速增殖 这次实验 在接种完成后 按设计水量的十分之一 五分之一和三分之一逐渐加大进水水量 进水c o d e 小于6 0 0l l l g l 活性污泥达到一定量后 使条件逐步 降低 使细菌适应 最后按正常生产情 况下的废水进量操作 本次实验在活性污泥达到2 5 2 3 0 6g l 1 以后 全部按正 常生产状况下的印染水和部分碱水混合质 调节p h 值后进入曝气池 活性污泥性能 仍然良好 说明整个驯化过程完成 在整个驯化过程中 污泥性能几个指标的监测 溶解氧 营养物的供应 要求比正常运行时更加仔细 更合理 为的是防止活性污泥 增殖的大起大落 3 测定4 个检测口的检测指标 测定4 个枪测口的水质指标 检测门分别是 进水1 1 厌氧池h 水 溢流槽 m b rh 青液剐m 水11 拎测指幸 包括c 0 1 d h 值 色度 m 1 s s 溶解氧d o 2 试验方寨的选择和系统启动 s v 看看系统对污染物去除的效果是怎么样的 观察污泥特性 2 3 2 第二阶段 在h r t 6 h 下运行6 天 h r t 8 h 和9 h 下各运行5 天 总计1 6 天 不排泥 l 测定4 个检测口的水质指标 检测口分别是 进水口 厌氧池出水 溢流槽 m b r 上清液和出水口 检测指标包括c o d p h 值 色度 m l s s 溶解氧d o s v 看看系统对污染物去除的效果是怎么样的 观察污泥特性 看看d o m l s s 对c o d 的去除率影响是怎样的 并通过c o d 去除率的变化找出最佳h r t 2 在系统运行期间测定膜的运行压力和出水膜通量 找出临界膜压和膜通量 看看是不是随着运行时间的延长 膜的运行压力和膜通量是如何变化的 3 通过和抽吸泵连接的交频器调节好氧池内膜的操作压力 把膜压控制在不同 的数值下 看看不同操作压力下的膜通量是如何变化的 2 3 3 第三阶段 控制h r t 为最佳 历时l o 天 不排泥 l 系统运行相对稳定时 进行曝气量 抽吸停吸时间和膜操作压力的关系 设 计正交实验表格 如表2 6 所示 正交实验中每个条进下运行1 天 每4 个小时测定 一次膜的操作压力 表2 6 曝气量 抽吸停吸时间的取值范围 根据正交实验的结果 分析确定实验的最佳曝气量 抽吸时间和停吸时间 2 核算系统能耗 2 4 试验用膜维件的选择 2 4 1 膜组件选择的原则 工业 常用的膜组件形式主要有五种 板框式 螺旋卷式 圆筒式 毛细管式和 巾空纤维式 前两者使用平板膜 后三者均使用管式膜 后三种膜组件的差别主要在 于所使j h 的管式膜的规格不同 其火致a 径范围为 圆筒式 1 0 r a m 毛细管式 o 5 1 0 0 r a m 空纤维j 弋 湖 姒 枷 珈 暑 m 3 膜生物反应器运行效能研究 却增到很大 原因有可能是m l s s 有所增加 达到4 0 0 0 m g l 以上 所以s v 3 0 变的 很高 因此得出的结论是 s v i 不能过大 过大会引起污泥膨胀 造成处理效率下降 本次实验中s v i 的最优值应该在3 0 0 m g l 以下 s v i 也不能过低 过低的话 污泥 颗粒细小 不容易凝聚和吸附 也会造成s v 3 0 很大 污泥的处理效率降低 3 3 膜生物反应器的负荷率 3 3 1 容积负荷 如前所述 容积负荷是指反应器单位容积 单位时间能够接受并将其降解到预定 程度的有机污染物量 以 v 表示 n v 彳q s o k g c o d m 3 d 2 6 v 式中 9 污水流量 m 3 d 原污水中c o d c 浓度 m g l 5 阼 反应器有效容积 m 3 为了保证反应器的正常运行 容积负荷必须在一定的范围之内 否则反应器性能 可能恶化 下图为运行过程中反应器的容积负荷变化情况 o51 01s2 02 53 03 54 0 运行时f s j d 图3 5 容积负荷随时间的变化趋势图 由图中可以看出 容积负荷是和进水量的变化有关系的 流量从o 1 6 m 3 d 增到 0 2 8 m 3 d 容积负荷也随之增加 从一开始的0 6 9 1k g c o d m 3 d 逐步增加到后 来的5 4 7 6k g c o d m 3 d 存这个范围之内 反应器的处i 单效率并没有发生很大 的变化 6 s 4 3 2 0 一 麓ne 10釜一挥鞲器繁 3 膜生物反应器运行效能研究 一 一c o d 去除串 薯 容积负荷 k g c o d m 3 d 棒3 5 垡 一 3 0 2 5 2 0 1 5 051 0 52 02 53 03 s4 0 运行时间 d 图3 6 容积受荷和c o d 去除率关系图 污泥的c o d 处理效率的平均值为3 6 1 在实验中 驯化阶段的第三天处理效 率跌到了1 8 7 第2 l 天也就是第二阶段的第一天 处理效宰也很低 达到1 9 6 原因可能是d o 没有跟上 d o 分别为0 4 m g l 和0 4 5 m g l 这点可以参考d o 对c o d e 处理效率的影响一节 有文献报道 m b r 的容积负荷介予1 2 3 2k g c o d m 3 d 之间 相应的去除率分别为大予9 0 和9 7 但在本次实验中的去除率却没有那么 高 分析其原因 可能是污泥中的微生物薰和种类不多 导致了污泥的活性不高 处 理效率下降 具体原因在后续的文章中有所分析 另一方面 根据前人的研究发现 负荷一旦提高 反应器的处理效率会降到一个领人想象不到的地步l s o 所以应该控 制好实验中的污泥负荷 总的说来在本次实验中 系统的容积负荷在此范围之内是可 以保证出水效率的 3 3 2 污泥负荷 污泥负荷为反应器内单位重量活性污泥 单位时间能够接受并将其降解到预定程 度的有机污染物量 以n 表示 肛 i o 万s o k g c o d k g m l s s d 1 2 7 式中 p 一污水流量 m 3 d 黑 原污水 c o d 浓度 m g l 肛 反应 i n 效容私 m 3 口 譬v苦 嘧 章疆娶棼 8 6 4 2 o 3 膜生物反应器运行效能研究 矗混合液悬浮固体 m l s s 浓度 m g l 051 01 52 02 53 03 54 0 运行时间 d 圈孓7 污泥负荷随时闻变化趋势图 实验第一阶段的污澹负荷不是很大 在o 4 7 1 1 4k g c o d k g m l s s d 之间 平均值为0 6 8k s c o d k g m l s s d 第二阶段的污泥负荷变化很大 在0 1 4 6