高COD和高氨氮餐厨废水处理方法

高高 CODCOD 和高氨氮餐厨废水处理方法和高氨氮餐厨废水处理方法 膜生物反应器是将膜分离技术与传统的活性污泥法组合而成的污水处理新 工艺 在污水处理领域发挥着越来越重要的作用 但随着废水排放要求的提高 单一的膜生物反应器很难满足对高氮 高磷废水去除率的要求 所以组合式膜 生物反应器的应用越来越普遍 具有较好的发展前景 A O MBR 工艺是将前置反硝化脱氮工艺与膜分离技术结合的具有高效脱氮除碳 功能的组合工艺 一方面 膜生物反应器可截留世代周期较长的硝化细菌 使 硝化细菌在反应器中富集 硝化进程较为完全 另一方面 硝化产生的硝态氮 可通过前置反硝化转变成氮气 使高氨氮废水中的氨氮得到很好的去除 提高 出水的总氮去除率 张爽等应用 A O MBR 工艺处理高浓度氨氮废水时 出水 COD 氨氮及 TN 的平均去除率分别达到 96 17 97 76 76 29 餐厨垃圾处理过程产生的废水水质复杂 具有高氨氮 高 COD 高盐分和高 SS 等特点 处理难度较大 特别是餐厨废水中含有较高浓度的氮素 如不进行深 度处置随意排放 可引起水体富营养化 目前 我国很多城市对餐厨垃圾及相 关废水的处理处置都制定了严格的法律法规 笔者应用 A O MBR 工艺探索餐厨 废水中 COD 及高浓度氨氮的去除机制 以满足餐厨废水的接管排放标准 同时 也为餐厨废水处理的实际工程应用提供参考 1 材料与方法 1 1 试验装置与工艺流程 试验装置位于苏州某餐厨处理公司内 其工艺流程如图 1 所示 A O MBR 由不锈钢板制成 总有效容积为 200 L 因脱氮需要 将其分为缺氧 池 好氧池 MBR 池 3 个部分 缺氧池与好氧池容积比为 1 3 MBR 池中放置中 国产 PVDF 帘式中空纤维膜 膜平均孔径 0 2 m 在进水泵作用下 原水由进水池经过 1 mm 的细格栅提升至缺氧池 图 1 采 用搅拌器对缺氧池进行搅拌 好氧池由曝气泵曝气 MBR 池内安装穿孔曝气管 采用鼓风机曝气 采用出水泵使 MBR 池中的混合液经过膜组件 完成膜过滤 由回流泵将 MBR 池的污泥及硝化液回流至缺氧池进行反硝化 通过继电器控制 出水 MBR 出水方式为抽 8 min 停 2 min 整个试验期间定期排泥 MLSS 控制 在 6 13 g L 通过投加 NaHCO3 调节 pH 在 6 5 8 0 1 2 餐厨废水水质 试验用水为苏州某餐厨公司餐厨垃圾湿热水解后产生的废水 取自综合池 经 过除杂预处理后其水质如表 1 所示 项 目 COD mg L 1 NH 4 N mg L 1 NO 3 N mg L 1 TN mg L 1 pH 颜 色 数 值 5 0 10 3 8 0 10 3 800 110046 851006 17007 78 8 16 黑 色 由表 1 可以看出 该废水呈偏碱性 且具有较高的 COD 氨氮及总氮 碳氮比 在 3 6 1 3 测定项目与方法 COD 的测定采用重铬酸钾法 氨氮测定采用纳氏试剂光度法 硝态氮测定采用 紫外分光光度法 总氮测定采用过硫酸钾氧化 紫外分光光度法 MLSS 测定采 用重量法 DO 温度测定采用 METTLER TOLEDO 便携式溶氧仪 1 4 试验方法 为了优化 A O MBR 工艺对餐厨废水中高 COD 及高氨氮的去除效果 试验共设计 了 7 个工况 具体的试验方法如表 2 所示 HRT d 工况时间 d缺氧池好氧池总 HRTSRdT 回流比 好氧池 DO mg L 1 11 1631215 2002 217 362 51012 5302002 337 572810303002 458 781 567 5303002 579 991 24 86303002 6100 1200 93 64 5303002 7121 1400 62 43303002 注 回流比为 MBR 池回流到缺氧池的回流比 2 结果与讨论 2 1 A O MBR 组合工艺对 COD 的去除效果 在反应器运行的 140 d 中 对 MBR 上清液及出水的 COD 进行连续监测 图 2 为 A O MBR 工艺对 COD 的去除效果 反应器进水 COD 在 5 0 103 8 0 103 mg L 波动 平均进水 COD 为 6 693 mg L 尽管进水 COD 呈现波动趋势 但出水 COD 稳定在较低水平 组合工艺出水的平均 COD 为 277 mg L 平均 COD 去除率达到 95 68 HRT 和 SRT 的调整对 COD 去除效果影响不大 这表明 MBR 内较高的污 泥浓度增强了反应器抗冲击负荷的能力 Xiang Zheng 等采用 A O MBR 工艺处 理染色废水 COD 和 BOD5 去除率分别达到 92 4 98 4 由图 2 可知 MBR 上清液的 COD 均值为 760 mg L 要比出水 COD 均值高很多 分析原因可能是餐厨废水含有较多的难降解大分子有机物质 在膜的截留作用 下滞留于反应器内 使反应器上清液 COD 维持在较高水平 由于膜的高效截留 保证了出水水质的稳定 膜的截留作用对 COD 去除的平均贡献率为 7 58 在反应器运行的第 43 52 天 在进水中投加了较多的甲醇作为碳源 使得这段 时间内进水 COD 比较高 12 000 mg L 左右 投加碳源的主要目的是增强反 硝化效果 消除反应器中积累的硝酸盐 2 2 A O MBR 组合工艺的硝化与反硝化效果 2 2 1 对 NH4 N 的去除效果 A O MBR 对 NH4 N 的去除效果如图 3 所示 由图 3 可知 A O MBR 在 140 d 的 运行中获得了较好的硝化效果 系统进水 NH4 N 在 800 1 100 mg L 之间波动 系统出水 NH4 N 的平均质量浓度为 2 16 mg L 平均去除率为 99 78 在 HRT 不断减小的情况下 对 NH4 N 的去除效果未产生影响 可见 膜的高效截留作 用使反应器内富集了大量硝化细菌 相对于传统的活性污泥工艺 显著增强了 系统的硝化效果 将回流比由 200 提高至 300 也未对硝化效果产生明显影响 同时膜的截留作用对 NH4 N 的去除作用微乎其微 平均贡献率为 0 03 张爽 等运用 A O MBR 处理高浓度氨氮废水 当硝化液回流比为 2 碳氮比为 6 时 对 NH4 N 的平均去除率高达 97 76 同时膜截留作用对 NH4 N 去除的平均贡 献率为 0 9 这与本试验的结果较一致 2 2 2 NO3 N 的变化 图 4 为反应器内 NO3 N 的变化趋势 由图 4 可知 MBR 上清液及出水的 NO3 N 经历了较大变化 反应器出水 NO3 N 容易积累 分析原因主要是由于餐厨废 水是高氨氮的废水 A O MBR 硝化作用比较强 会产生大量的 NO3 N 这需要 系统具有较强的反硝化作用 及时将产生的 NO3 N 转化成 N2 但餐厨垃圾湿 热水解后产生废水中的 COD 有相当部分是可生化性比较差的有机物质 这使得 反硝化可利用的碳源不足 严重削弱了系统的反硝化效果 导致 NO3 N 积累 在反应的前 25 d 出水的 NO3 N 不断上升 第 25 天时出水 NO3 N 高达 542 mg L 投加甲醇作为碳源之后 出水的 NO3 N 在富碳源情况下被迅速消耗 在 第 58 88 天进行了最佳碳源 甲醇 投加量的探索性试验 在投加少量碳源的 情况下 可以看到第 58 73 天 NO3 N 依然出现缓慢的积累 增加碳源投加量后 出水硝态氮下降 向废水中投加 1 500 mg L 甲醇时 反应器中基本没有 NO3 N 积累 在反应器运行后期 出水 NO3 N 稳定在 20 mg L 左右 Jinyou Shen 等运用 A O MBR 工艺处理高浓度硝酸盐 3 600 mg L 废水 当控制反应器的 pH 在 7 5 8 5 碳氮比为 1 56 HRT 为 30 h 时 硝酸盐氮去除率为 99 9 并 且反应器中无亚硝态氮的积累 这个结果与笔者投加碳源情况下获得的结果较 一致 2 2 3 对 TN 的去除效果 图 5 为 A O MBR 工艺对 TN 的去除效果 由图 5 可知 进水 TN 在 1 027 1 527 mg L 之间波动 出水 TN 则在 25 576 mg L 之间波动 去除率为 54 14 97 46 平均去除率为 78 88 其中膜截留 作用对 TN 去除的平均贡献率为 2 47 潘懿等应用 A O MBR 处理城市污水 MBR 段污泥质量浓度为 18 21 g L HRT 为 4 4 4 8 h 回流比为 300 时 TN 去 除率达到 76 1 这两篇文献报道的去除率与试验得出的 TN 平均去除率比较接 近 由图 4 和图 5 分析可知 出水 TN 的变化趋势与出水 NO3 N 的变化呈现一致性 且出水 TN 大部分是由 NO3 N 的积累引起的 只有少量的有机氮和氨氮 因此 提高出水 TN 去除率的方法是增加系统对 NO3 N 的去除效果 即增强系统的反 硝化效果 2 3 最佳碳源投加量的探索 一般污水中的 BOD5 TN 3 5 即认为碳源充足 无需外加碳源 在试验的第 58 88 天 将硝化液回流比设置为 300 考察进水投加不同量的甲醇 体积分 数 99 作为碳源对系统脱氮效果的影响 投加量分别为 500 1 000 1 500 2 000 mg L 以甲醇所占的 COD 计 图 6 为不同甲醇投加量下 进 出水 TN 及 NO3 N 的变化趋势 由图 6 可知 当进水中的甲醇投加量为 500 1 000 mg L 时 出水中的 NO3 N 依然会累积 出水 TN 和 NO3 N 呈现上升趋势 出水 TN 由最初的 78 mg L 逐步提高到 309 mg L NO3 N 由 65 mg L 提高到 283 mg L 当甲醇投加量 1 500 mg L 时 出水的 TN 和 NO3 N 逐渐下降 出水 TN 由 309 mg L 降至 101 mg L NO3 N 由 283 mg L 降至 63 mg L 在反应器运行后期 当进水投加甲醇 1 500 mg L 时 出水 NO3 N 很少积累 20 mg L 左右 出水 TN 80 mg L 获得了良好的反硝化效果 2 4 反应器内 MLSS 的变化及膜污染情况 MBR 池的跨膜压差在经历了开始 9 d 的缓慢增长后 在第 10 天开始快速上升 于第 28 天达到 22 kPa 此时取出膜组件进行第 1 次清洗及药剂浸泡 随后当 反应器维持较高的污泥质量浓度 9 13 g L 时 TMP 增长缓慢 在 100 多天 的运行中未进行膜清洗 膜清洗步骤为先对膜面进行简单的物理清理 然后进 行化学清理 化学清理时先用质量分数为 0 5 的次氯酸钠溶液浸泡 5 h 再用 质量分数为 2 的柠檬酸钠溶液浸泡 4 h 最后用清水浸泡 膜组件清洗后取得 了良好的效果 膜生物反应器内 MLSS 的变化趋势大体上为波动中上升 MLSS 由最初的 4 727 g L 逐步上升 最终稳定在 9 13 g L MLSS 波动的主要原因是对反应器进行了 排泥操作 在反应器运行约两周后对其进行排泥 初始的排泥量约为反应器体 积的 1 20 之后随着进水负荷的增加 适当增加排泥量 最后使反应器的污泥 质量浓度维持在 9 13 g L 左右 3 结论 1 采用 A O MBR 工艺处理餐厨废水 出水 COD NH4 N TN 的平均质量浓 度分别为 277 2 16 271