一體化ao生物膜反應(yīng)器處理紙漿廢水的研究

目前，中國的廢水處理主要采用傳統(tǒng)的a-o工藝，其缺點是占地面積大、運營成本高、效果不穩(wěn)定。因此，有必要開發(fā)高效、經(jīng)濟、節(jié)能、技術(shù)進步和可靠的廢水處理技術(shù)（廢水）。在這種情況下，高效廢水處理技術(shù)可以建立在一個一體化的高效廢水處理技術(shù)之上。同濟大學(xué)的周琪以及清華大學(xué)的蔣展鵬教授分別開發(fā)了一體式凈水器和一體化A/O生物膜反應(yīng)器,但主要用于小區(qū)生活污水的處理。加拿大的GuiotSergeRMontreal開發(fā)了一體式厭氧/好氧反應(yīng)器并應(yīng)用其處理紙漿廢水,同時對工藝參數(shù)進行了優(yōu)化。不過就總體而言,國內(nèi)外對一體化組合工藝的報道還較少。為了高效地處理哈爾濱工業(yè)園區(qū)以及小城鎮(zhèn)的工業(yè)廢水,并降低占地面積和處理費用,哈爾濱工業(yè)大學(xué)環(huán)境生物技術(shù)中心自主開發(fā)了一體式UASB—MBR反應(yīng)器,該反應(yīng)器將好氧段(MBR)置于厭氧段(UASB)之上,以立體的形式向空間發(fā)展,除了節(jié)省占地面積,還能利用好氧段的曝氣和微生物作用,有效地去除因厭氧反應(yīng)而產(chǎn)生的臭氣,避免了二次污染和臭氣的單獨處理。筆者考察了反應(yīng)器在高容積負荷下的運行特性,并對其顆粒污泥的活性進行了探討。1試驗安裝和方法1.1膜的制備與接種污泥連續(xù)流試驗采用一體式UASB—MBR反應(yīng)器(見圖1),其中厭氧段(A段)即UASB的總?cè)莘e為15.8L,反應(yīng)區(qū)的有效容積為7.8L;好氧段(O段)即MBR的總?cè)莘e為3.8L,有效容積為3.3L,內(nèi)置中空纖維膜組件,膜材質(zhì)為聚丙烯,膜孔徑為0.1μm,膜的表面積為0.5m2,膜組件長度為15cm。A段的溫度控制在(31±1)℃;O段不設(shè)溫控裝置,A段的出水直接進入O段,水溫隨季節(jié)有所變化(22~26℃),該段的DO控制在2~4mg/L。A段的接種污泥取自某啤酒廠厭氧處理設(shè)備中的顆粒污泥,接種時VSS/SS=0.71;O段的接種污泥取自哈爾濱市文昌污水處理廠的脫水污泥,經(jīng)過兩周的曝氣馴化后接種至反應(yīng)器中,接種時VSS/SS=0.81,并具有良好的活性。原水選用啤酒、NH4Cl和KH2PO4·3H2O按照C∶N∶P=(200~500)∶5∶1配制而成,其pH值在7左右,堿度為2200~2500mg/L(以CaCO3計)。整個運行階段進水COD為3500~10500mg/L,總水力停留時間為7.4h,其中A段為5.2h,O段為2.2h。1.2試驗方法與過程靜態(tài)試驗主要用于測定A段顆粒污泥的比產(chǎn)甲烷活性,以考察產(chǎn)甲烷菌在不同容積負荷下的活性變化。以乙酸、丙酸、丁酸的混合液作為底物,采用三角瓶在(31±1)℃的恒溫水浴中進行試驗,試驗前先采用高純度氮氣吹脫以保證系統(tǒng)處于無氧環(huán)境,然后向三角瓶中加入一定量的顆粒污泥、底物和微量元素溶液并定容至40mL,間隔1h讀一次數(shù),記錄累計產(chǎn)甲烷量。靜態(tài)試驗裝置見圖2。1.3揮發(fā)性脂肪酸測定每日測定進、出水的COD、pH值和堿度,定期測定A段和O段污泥的SS和VSS,均采用標(biāo)準(zhǔn)方法;采用GC112型氣相色譜儀測定A段的揮發(fā)性脂肪酸(VFAs)濃度;利用掃描電子顯微鏡分析顆粒污泥的表觀特征、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及微生物組成和分布等。2試驗結(jié)果與討論2.1u3000a段污泥去除效果試驗分為啟動、穩(wěn)定運行及負荷沖擊3個階段。反應(yīng)器采用分段啟動,即當(dāng)A段運行相對穩(wěn)定后再啟動O段,目的是提高整個反應(yīng)器的穩(wěn)定性,讓兩段均發(fā)揮最好的作用。A段運行8d后,對COD的去除率由初始的67.19%提高到82.21%,于是開始啟動O段,并仍保持進水COD濃度在3500mg/L,此時A段的容積負荷在17kgCOD/(m3·d)左右,運行4d后O段出水COD<100mg/L,反應(yīng)器進入穩(wěn)定運行階段。之后通過提高進水COD濃度使A段負荷每4d提高約3kgCOD/(m3·d),但O段出水的COD<50mg/L,最低可達14mg/L。穩(wěn)定運行階段對COD的總平均去除率高達98.67%,此間A段污泥的活性不斷提高,說明穩(wěn)定的厭氧處理是確保出水水質(zhì)良好的關(guān)鍵。至36d時反應(yīng)器因全市停水一周而停運,再次運行后發(fā)現(xiàn)顆粒污泥已板結(jié),于是將A段污泥取出,清洗管路后重新啟動運行,經(jīng)過4d的恢復(fù)后A段對COD的去除率恢復(fù)至90%左右,O段出水的COD也穩(wěn)定在100mg/L以下。不過停水還是對A段的顆粒污泥產(chǎn)生了不良影響,在容積負荷基本相同的條件下,A段出水的COD濃度較停水前明顯升高,但對O段影響不大,說明MBR具有較強的抗沖擊負荷能力。從第53天起迅速大幅度提高反應(yīng)器進水的COD濃度,使A段的容積負荷在14d內(nèi)由27.89kgCOD/(m3·d)提高到48.78kgCOD/(m3·d),在此期間O段的容積負荷在9.49~18.86kgCOD/(m3·d)波動。運行至第62天時O段的容積負荷達到了17.61kgCOD/(m3·d),MBR出水COD為338mg/L,污泥開始膨脹,O段出水水質(zhì)有惡化的趨勢。運行至第65天時進水COD濃度達到了10377mg/L,A段的容積負荷為47.89kgCOD/(m3·d),對COD的去除率為54.91%,UASB內(nèi)酸化嚴重,說明反應(yīng)器達到了最大容積負荷。綜上所述,該一體式反應(yīng)器具有很強的抗沖擊負荷能力,無論是A段還是O段,在較高容積負荷下都能夠正常運行,且對COD的去除效果穩(wěn)定而高效。2.2顆粒污泥和產(chǎn)甲烷菌生長過程中vfa的變化污泥活性是決定反應(yīng)器能否穩(wěn)定高效運行的關(guān)鍵因素,在一體式UASB—MBR反應(yīng)器中,A段顆粒污泥的活性可以用最大比產(chǎn)甲烷速率(SMA)來表征,圖3反映了啟動階段、穩(wěn)定運行階段和負荷沖擊階段顆粒污泥的產(chǎn)甲烷情況。對三條曲線取斜率最大的部分進行線性回歸得SMA(如表1所示),可知盡管反應(yīng)器的負荷不斷增加,但污泥的活性并沒有因此而下降,在較高的負荷下仍保持著很高的活性(是剛啟動時的1.72倍),不過在A段達到最大負荷后,顆粒污泥只在反應(yīng)開始后的2.5h內(nèi)產(chǎn)微量的氣體,此后產(chǎn)氣基本停止。不同容積負荷下,反應(yīng)器不同高度處的揮發(fā)性脂肪酸積累量也不相同(見圖4),過高的VFA濃度是導(dǎo)致顆粒污泥活性降低并最終導(dǎo)致反應(yīng)器徹底崩潰的根本原因。從圖4可知,啟動初期產(chǎn)甲烷菌處于適應(yīng)階段,雖然進水VFA的濃度及負荷均不高,但是A段出水的VFA濃度接近1000mg/L,表明此時的SMA很低;在穩(wěn)定運行階段,反應(yīng)器各高度處的VFA濃度均很低,并且沒有丙酸生成,說明產(chǎn)甲烷菌處于很適宜的環(huán)境中,通過掃描電鏡照片可觀察到顆粒污泥表面和內(nèi)部有大量的桿菌、弧菌和球菌;在實施沖擊負荷階段,雖然污泥的SMA仍然較高,但過高的進水VFA濃度使反應(yīng)器內(nèi)的VFA含量高達1500~2500mg/L,此時的產(chǎn)甲烷菌處于“敏感”時期,反應(yīng)器也極容易發(fā)生酸化(將導(dǎo)致反應(yīng)器崩潰,且一旦崩潰就很難再恢復(fù))。3uasb—結(jié)論①一體式UASB—MBR反應(yīng)器運行高效而穩(wěn)定,在進水COD濃度為3500~9500mg/L、水力停留時間為7.4h下,出水COD<100mg/L,可達國家一級排放標(biāo)準(zhǔn)。②一體