浸没式膜-SBR反应器对焦化废水中NH3-H作的去除研究.doc

浸没式膜-SBR反应器对焦化废水中NH3-H作的去除研究1 前言焦化废水含有大量的有毒难降解物质和较高的含氮量，传统的生物处理往往工艺流程较长，处理效果较难达到要求。膜生物反应器（Membrane Bioreactor）是通过膜分离强化生物处理效果的组合工艺。由于膜的截留作用，微生物不随出水流失，同时大分子难降解物质和微生物代谢产物也保留在反应器内，其中有些物质可能对微生物生理活动产生一些影响，使得膜生物反应器在NH3-N的去除中，具有不同于普通活性污泥法的性质。本试验通过一年多的运行，研究了在较长泥龄条件下，膜生物反应器对焦化废水中NH3-N的去除特点，并探讨了NH3-N去除的影响因素。2 试验材料和试验方法2.1 试验装置及材料试验采用一体式膜生物反应器进行研究，试验装置如图1所示。反应器容积15L，膜组件采用PVDF中空纤维微滤膜，孔径0.15m，膜面积0.22m2。2.2 运行条件生物反应器的运行方式分为两阶段。阶段一：从1999年9月27日起的310天采用缺氧好氧工艺运行，运行周期为24h，其中缺氧进水6h，曝气反应15h，膜排水2h（排水量11L），闲置1h。阶段二：2000年8月2日9月23日（第311天364天）为缺氧好氧缺氧方式运行（9月2日23日排水量减为8L），周期仍为24h，缺氧进水3.5（3）h，曝气15h，缺氧搅拌3.5（4.5）h，曝气排水2（1.5）h。试验期间除分析少量取泥外，污泥增长缓慢，基本不排泥。经核算，泥龄为600天。2.3 膜组件运行情况排水采用恒通量方式，即固定排水量为0.14L/min，随着混合液浓度提高和膜面污染物的沉积，抽吸压力逐渐上升。为控制膜污染引起的压力上升。设定抽吸10min，停歇5min1，整个排水期分为8个周期。膜组件下部曝气和膜组件的垂直运动，在膜表面产生水流剪切作用，使吸附于膜面的污染物部分脱落，缓解压力上升。排水完毕，将膜组件用进水清洗后，冲洗水返回反应器内，膜用出水浸泡。系统运行一年多，未进行化学清洗，运行稳定。3 试验结果及分析3.1 硝化效果的影响因素运行过程中，在保证温度、pH、溶解氧的条件下，进水NH3-N小于24mg/L时，出水NH3-N均小于5mg/L。春季，硝化启动后，系统进出水NH3-N变化见图2。系统受到以下因素影响较大：3.1.1 冲击负荷的影响由图2分析，当进水NH3-N浓度突然升高，系统对NH3-N去除效果明显下降，污泥负荷甚至出现负值（这是因为异养菌受冲击负荷影响比硝化菌小，进水中的有机氮继续被异养菌转化为NH3-N，从而使出水NH3-N高于进水），需要经过一段时间（5天以上）才能恢复。系统耐冲击负荷的能力较差，主要由于反应器内微生物多数呈分散生长，相对于传统活性污泥法中的污泥絮体中集中生长的微生物来讲，抗冲击负荷的能力要差。3.1.2 pH值的影响系统对NH3-N的处理效果与出水pH值密切相关，图3为进水NH3-N为122mg/L左右时，出水NH3-N浓度与pH的关系。当pH大于8.1时，出水NH3-N才能降至10mg/L。同时，在试验中发现进水NH3-N浓度越大，要保持处理效果，要求出水pH越高（见表1）。pH值对硝化的影响是暂时性的，一旦pH恢复，硝化效果很快恢复正常。A 表1 进出水NH3-N和出水pH值进水NH3-N(mg/L)65.272.891.3171.3171.8出水NH3-N(mg/L)1111211.3出水pH6.627.777.548.128.153.1.3 温度的影响初期，系统温度在20以上时，基本保持了良好的硝化效果。图4是有代表性几天的受温度波动影响时的处理效果。降温首先影响硝酸盐细菌，使NO2-N积累，但NH3-N去除率未受大的影响，出水NH3-N浓度依然较低（见图中24日）；30日，温度回升，NO2-N很快降低，系统恢复；当温度持续低于20，亚硝酸盐细菌也受到影响，NH3-N的去除也逐渐减小，硝化作用完全停止。3.1.4 泥龄系统运行初期，进水NH3-N240mg/L左右，在未受到冲击负荷和温度、pH的影响时，NH3-N去除率为99以上，产物主要为NO3-N，硝化效果良好；运行300天以后，当系统进水NH3-N为120mg/L时，出水已经为1Omg/L左右了，而且出水主要为NO2-N。分析原因是因为代谢产物大部分为高分子物质，不能透过膜随出水排掉；同时，由于泥龄很长，相应的每天排泥量很少，也无法随排泥排出。运行初期代谢产物的积累还比较少，随着运行时间的增加在反应器内逐渐积累。当积累到一定程度，就对硝化产生抑制、由于硝酸盐细菌对环境比亚硝酸盐细菌敏感，硝酸盐细菌的活性几乎完全被抑制，出水中NO3-N含量很低。从NH3-N的去除情况来看，亚硝酸盐细菌也受到了影响。3.2 膜生物反应器的硝化特性由本试验结果分析，由于采用了膜生物反应器，系统的硝化具有以下几方面的特点：3.2.1 强化对NH3-N的去除效果反应器运行初期，系统具有较高的处理效率。以NH3-N去除计算的容积负荷最高可达0.19kg/(m3d)，出水NH3-N小于1mg/L，NH3-N去除率为99.9。而针对相似水质的A/A/O工艺，当进水NH3-N容积负荷小于0.1kg/(m3d)时，出水NH3-N才小于10mg/L，容积负荷大于0.18kg/(m3d)时，出水NH3-N大于40mg/L，NH3-N去除率降至50以下3。采用膜生物反应器可以达到很好的NH3-N去除效果的原因是由于：（1）反应器内保持较高的污泥浓度，降低了F/M值，减弱了异养菌对溶解氧的竞争，有利于自氧硝化的进行；（2）膜生物反应器内微生物絮体较活性污泥法细碎。污泥呈分散生长，有利于氧的传质；（3）膜的截留作用使微生物不随出水流失，硝化菌得以在反应器内富集成为优势菌种，使NH3-N的转化更为彻底。3.2.2 抑制硝酸盐细菌活性反应器运行初期，未受到温度的影响时，进水NH3-N基本完全转化为NO3-N，无NO2-N的积累。经过冬季，硝化作用完全受到抑制，次年5月温度回升至23后，硝化作用迅速启动，出水NH3-N在5天内降至1mg/L以下，主要转化产物为NO2-N，NO3-N的浓度一直保持在比较低的水平，大部分时间在10mg/L以下。NH3-NNO2-N2的脱氮过程称为短程脱氮（short-cut biological nitrogen removal），短程脱氮避免了硝化时NO2-被转化为NO3-，反硝化时又被还原为NO2-的无效循环，理论上可以节省40的碳源和25的供气量4，由NO2-的进行的反硝化速率是NO3-的4.3倍5，硝化停留在NO2-N阶段有利于反硝化的进行。 4结论（1）系统硝化效果受温度、pH、溶解氧的影响。温度降低首先影响硝酸盐细菌，使NO2-N积累，但NH3-N去除率未受大的影响；当温度持续降低（低于20），NH3-N的去除也受到影响；pH对系统的影响是暂时的，最适pH与进水NH3-N浓度有关，随进水浓度提高而增大。（2）膜将硝化菌截留于系统中，有利于提高系统的硝化效果，在不受系统代谢产物的影响和适宜条件下，以NH