一体化ao生物膜反应器处理纸浆废水的研究

一体化ao生物膜反应器处理纸浆废水的研究

目前，中国的废水处理主要采用传统的a-o工艺，其缺点是占地面积大、运营成本高、效果不稳定。因此，有必要开发高效、经济、节能、技术进步和可靠的废水处理技术（废水）。在这种情况下，高效废水处理技术可以建立在一个一体化的高效废水处理技术之上。同济大学的周琪以及清华大学的蒋展鹏教授分别开发了一体式净水器和一体化A/O生物膜反应器,但主要用于小区生活污水的处理。加拿大的GuiotSergeRMontreal开发了一体式厌氧/好氧反应器并应用其处理纸浆废水,同时对工艺参数进行了优化。不过就总体而言,国内外对一体化组合工艺的报道还较少。为了高效地处理哈尔滨工业园区以及小城镇的工业废水,并降低占地面积和处理费用,哈尔滨工业大学环境生物技术中心自主开发了一体式UASB—MBR反应器,该反应器将好氧段(MBR)置于厌氧段(UASB)之上,以立体的形式向空间发展,除了节省占地面积,还能利用好氧段的曝气和微生物作用,有效地去除因厌氧反应而产生的臭气,避免了二次污染和臭气的单独处理。笔者考察了反应器在高容积负荷下的运行特性,并对其颗粒污泥的活性进行了探讨。1试验安装和方法1.1膜的制备与接种污泥连续流试验采用一体式UASB—MBR反应器(见图1),其中厌氧段(A段)即UASB的总容积为15.8L,反应区的有效容积为7.8L;好氧段(O段)即MBR的总容积为3.8L,有效容积为3.3L,内置中空纤维膜组件,膜材质为聚丙烯,膜孔径为0.1μm,膜的表面积为0.5m2,膜组件长度为15cm。A段的温度控制在(31±1)℃;O段不设温控装置,A段的出水直接进入O段,水温随季节有所变化(22~26℃),该段的DO控制在2~4mg/L。A段的接种污泥取自某啤酒厂厌氧处理设备中的颗粒污泥,接种时VSS/SS=0.71;O段的接种污泥取自哈尔滨市文昌污水处理厂的脱水污泥,经过两周的曝气驯化后接种至反应器中,接种时VSS/SS=0.81,并具有良好的活性。原水选用啤酒、NH4Cl和KH2PO4·3H2O按照C∶N∶P=(200~500)∶5∶1配制而成,其pH值在7左右,碱度为2200~2500mg/L(以CaCO3计)。整个运行阶段进水COD为3500~10500mg/L,总水力停留时间为7.4h,其中A段为5.2h,O段为2.2h。1.2试验方法与过程静态试验主要用于测定A段颗粒污泥的比产甲烷活性,以考察产甲烷菌在不同容积负荷下的活性变化。以乙酸、丙酸、丁酸的混合液作为底物,采用三角瓶在(31±1)℃的恒温水浴中进行试验,试验前先采用高纯度氮气吹脱以保证系统处于无氧环境,然后向三角瓶中加入一定量的颗粒污泥、底物和微量元素溶液并定容至40mL,间隔1h读一次数,记录累计产甲烷量。静态试验装置见图2。1.3挥发性脂肪酸测定每日测定进、出水的COD、pH值和碱度,定期测定A段和O段污泥的SS和VSS,均采用标准方法;采用GC112型气相色谱仪测定A段的挥发性脂肪酸(VFAs)浓度;利用扫描电子显微镜分析颗粒污泥的表观特征、内部结构及微生物组成和分布等。2试验结果与讨论2.1u3000a段污泥去除效果试验分为启动、稳定运行及负荷冲击3个阶段。反应器采用分段启动,即当A段运行相对稳定后再启动O段,目的是提高整个反应器的稳定性,让两段均发挥最好的作用。A段运行8d后,对COD的去除率由初始的67.19%提高到82.21%,于是开始启动O段,并仍保持进水COD浓度在3500mg/L,此时A段的容积负荷在17kgCOD/(m3·d)左右,运行4d后O段出水COD<100mg/L,反应器进入稳定运行阶段。之后通过提高进水COD浓度使A段负荷每4d提高约3kgCOD/(m3·d),但O段出水的COD<50mg/L,最低可达14mg/L。稳定运行阶段对COD的总平均去除率高达98.67%,此间A段污泥的活性不断提高,说明稳定的厌氧处理是确保出水水质良好的关键。至36d时反应器因全市停水一周而停运,再次运行后发现颗粒污泥已板结,于是将A段污泥取出,清洗管路后重新启动运行,经过4d的恢复后A段对COD的去除率恢复至90%左右,O段出水的COD也稳定在100mg/L以下。不过停水还是对A段的颗粒污泥产生了不良影响,在容积负荷基本相同的条件下,A段出水的COD浓度较停水前明显升高,但对O段影响不大,说明MBR具有较强的抗冲击负荷能力。从第53天起迅速大幅度提高反应器进水的COD浓度,使A段的容积负荷在14d内由27.89kgCOD/(m3·d)提高到48.78kgCOD/(m3·d),在此期间O段的容积负荷在9.49~18.86kgCOD/(m3·d)波动。运行至第62天时O段的容积负荷达到了17.61kgCOD/(m3·d),MBR出水COD为338mg/L,污泥开始膨胀,O段出水水质有恶化的趋势。运行至第65天时进水COD浓度达到了10377mg/L,A段的容积负荷为47.89kgCOD/(m3·d),对COD的去除率为54.91%,UASB内酸化严重,说明反应器达到了最大容积负荷。综上所述,该一体式反应器具有很强的抗冲击负荷能力,无论是A段还是O段,在较高容积负荷下都能够正常运行,且对COD的去除效果稳定而高效。2.2颗粒污泥和产甲烷菌生长过程中vfa的变化污泥活性是决定反应器能否稳定高效运行的关键因素,在一体式UASB—MBR反应器中,A段颗粒污泥的活性可以用最大比产甲烷速率(SMA)来表征,图3反映了启动阶段、稳定运行阶段和负荷冲击阶段颗粒污泥的产甲烷情况。对三条曲线取斜率最大的部分进行线性回归得SMA(如表1所示),可知尽管反应器的负荷不断增加,但污泥的活性并没有因此而下降,在较高的负荷下仍保持着很高的活性(是刚启动时的1.72倍),不过在A段达到最大负荷后,颗粒污泥只在反应开始后的2.5h内产微量的气体,此后产气基本停止。不同容积负荷下,反应器不同高度处的挥发性脂肪酸积累量也不相同(见图4),过高的VFA浓度是导致颗粒污泥活性降低并最终导致反应器彻底崩溃的根本原因。从图4可知,启动初期产甲烷菌处于适应阶段,虽然进水VFA的浓度及负荷均不高,但是A段出水的VFA浓度接近1000mg/L,表明此时的SMA很低;在稳定运行阶段,反应器各高度处的VFA浓度均很低,并且没有丙酸生成,说明产甲烷菌处于很适宜的环境中,通过扫描电镜照片可观察到颗粒污泥表面和内部有大量的杆菌、弧菌和球菌;在实施冲击负荷阶段,虽然污泥的SMA仍然较高,但过高的进水VFA浓度使反应器内的VFA含量高达1500~2500mg/L,此时的产甲烷菌处于“敏感”时期,反应器也极容易发生酸化(将导致反应器崩溃,且一旦崩溃就很难再恢复)。3uasb—结论①一体式UASB—MBR反应器运行高效而稳定,在进水COD浓度为3500~9500mg/L、水力停留时间为7.4h下,出水COD<100mg/L,可达国家一级排放标准。②一体