水解酸化-复合式膜生物反应器组合工艺处理涤纶碱减量废水的试验研究(1).pdf

水解酸化-复合式膜生物反应器组合工艺处理 涤纶碱减量废水的试验研究 ＊ 杨期勇 陈季华 张 峰 奚旦立 东华大学环境科学与工程学院, 上海 200051 摘要 采用水解酸化-复合式膜生物反应器组合工艺处理涤纶碱减量废水。 实验结果表明, 本工艺处理效果非常明 显, 系统出水 CODCr为 26. 6～ 68. 03 mg L, 系统的 CODCr总去除率达到 93～ 98, 对苯二甲酸的降解率超过 94。 水 解酸化工艺对苯二甲酸的降解作用很小, 降解率为 0. 23～ 6. 02; 但对乙二醇的降解作用却非常明显, 降解率达到 58. 94～ 71. 49, 水解酸化工艺将废水的可生化参数 B C 提高了 0. 173～ 0. 227。 多孔柔性悬浮填料, 一方面, 提高了 对膜表面的冲刷作用, 减少膜表面的沉积层; 另一方面, 增加了原生动物和后生动物在 MBR 中的数量, 有效地减轻了 膜污染。 关键词 碱减量 水解酸化 膜生物反应器 多孔柔性悬浮填料 对苯二甲酸 废水处理 ＊上海市科委重点科技攻关项目 02DZ12096 1 引言 自80 年代末以来 , 我国纺织印染行业在涤纶面 料预处理工艺中 ,逐步采用了碱减量工艺。碱减量工 艺一方面改善了涤纶纤维的性能, 另一方面却产生了 一种新型的纺织行业废水 高浓度、难降解的碱减 量废水 ,该废水的主要成分是对苯二甲酸 TA 、 乙二 醇以及少量聚酯低聚物和助剂 ,其中对苯二甲酸含量 高达 75。现有的碱减量废水的处理技术, 大多数 是将碱减量废水进行简单预处理后 ,与其他工序产生 的废水 如染整废水 混合进行综合处理 。碱减量工 艺废水的加入, 使目前已成熟的传统印染废水处理工 艺,不能适应碱减量印染废水的治理要求 ,目前碱减 量印染混合废水生化处理系统对 CODCr的去除率一 般在 80 左右 [ 1] , 因此开发碱减量废水处理新技术 刻不容缓 。 基于碱减量工艺废水水量小 、 污染重 碱减量工 艺废水的水量一般只占碱减量印染混合废水的 5 左右 ,但所排放的 TA 一项污染物的 CODCr就占全部 混合废水的 40～ 78 , 可以在现有印染废水处理 设施不变的情况下 ,对该废水进行单独处理 ,并且处 理出水回用于生产 。本研究采用水解酸化和膜生物 反应器组合工艺 ,在实验室条件下处理模拟碱减量工 艺废 水 , 为 碱 减 量 实 际 废 水 的 处 理 提 供 理 论 基础 。 2 实验部分 2. 1 实验装置和流程 实验装置和流程如图 1 所示 。废水生物处理装 置主要由水解酸化池和膜生物反应器两部分组成 ,水 解酸化反应器和曝气反应器采用有机玻璃制造。水 解酸化池长宽 高为25 cm 12. 5 cm 50 cm, 有效 液面高为 44 cm ,有效容积为12. 5 L ; 内置固定维纶纤 维软性填料和电动搅拌器。膜生物反应器长 宽 高为 22 cm 14 cm50 cm ,有效液面高为32. 5 cm ,有 效容积为 10 L ; 曝气池内置悬浮填料和膜组件, 膜组 件下面用曝气头曝气 。膜组件采用浙大凯华生产的 束状聚丙烯中空纤维微滤膜组件 , 膜孔径 0. 1 ～ 0. 2 μ m ,膜面积 0. 4 m 2 。悬浮填料采用柔性聚亚胺酯 多孔载体, 在曝气作用下处于流化状态, 其特性为 形 状为边长10 mm的正方形 、孔隙率 90, 平均孔径 1. 25 mm ,密度 30 kg m 3 。 图 1 实验装置和工艺流程 2. 2 实验废水水质 实验模拟碱减量废水根据江苏盛泽某印染有限 公司提供的水质成分 , 以 TA 和乙二醇为碳源 、磷酸 20 环 境 工 程 2005年 8 月第23 卷第4 期 二氢钾 为磷 源、尿 素为 氮源 , 按 CODCr∶ N∶ P 100∶ 1∶ 0. 2配制而成 。实验分 3 个阶段进行 , 实验进 水情况、 主要成分及水质如表 1。 表 1 实验模拟碱减量废水主要成分和水质 时间 dTA mgL- 1乙二醇 mgL- 1CODCr mgL- 1BOD5 mgL-1 1～ 24560 . 10 ～ 622 . 10140～ 1601 021 . 36～ 1 063 . 98500～ 600 25 ～ 42586 . 54 ～ 625 . 48240～ 2701 283 . 57～ 1 318 . 60600～ 700 43 ～ 67606 . 86 ～ 697 . 63470～ 5201 566 . 09～ 1 689 . 32700～ 850 2. 3 污泥驯化及启动 试验用活性污泥取自上海市天山水质净化厂的 二沉池回流污泥 。活性污泥经厌氧发酵 1 个月之后 取出作为水解酸化池的兼氧接种污泥, 好氧反应池的 接种污泥取自闷曝 1d 后的二沉池污泥 。水解酸化池 的菌种主要以兼性的水解菌和产酸菌为主,而曝气池 主要是好氧菌, 因此试验启动时, 水解酸化池和曝气 池污泥的驯化采取单独驯化的方式 。 水解酸化池兼氧污泥驯化时, 采取一次性投加以 葡萄糖和 TA 为碳源的高负荷 CODCr方式。为促进反 应池中快速挂膜 ,用电动搅拌器慢速搅动反应器中污 泥,使污泥与软性填料充分接触 。随着 CODCr去除率 的提高,经过近 30 d 的运行 ,软性填料上逐渐长上了 绒絮状生物体 , 说明挂膜基本成功 , 并且对 TA 废水 具有一定的适应能力 。 曝气池污泥驯化开始进水时 , 以葡萄糖配水为 主,添加少量 TA ,以后逐渐增大 TA 的质量浓度。运 行到第22 d, 废水中 TA 的含量达到 473 mg L ,CODCr 去除率达 78. 1 , TA 去除率达 70. 5, 说明驯化 完成 。 在各运行单体分别挂膜、驯化完成后 ,将各个运 行单体连续贯通。同时在曝气池内放置膜组件和柔 性聚亚胺酯多孔载体 ,实验装置开始正常运行 。 2. 4 实验运行控制条件 本实验装置系统出水由蠕动泵控制 ,膜生物反应 器的运行采用恒通量过滤方式 ; 污泥龄的控制采用每 天排放一定体积的活性污泥。具体的实验运行控制 条件见表 2。 3 结果与讨论 3. 1 运行系统的有机物去除效果 由于碱减量废水中几乎没有氮、 磷元素,在实验模 拟废水中仅仅加入少量氮、 磷化合物以满足微生物生长 的需要,故在实验中没有对氮、 磷元素进行监测分析。 表 2 实验运行控制条件 运行参数反应池参数 水力停留时间 h水解酸化池13. 5 曝气池10. 8 污泥龄 d水解酸化池 曝气池50 溶解氧 mgL- 1水解酸化池0～ 0. 5 曝气池2～ 5 填料体积比 曝气池20 抽吸泵工作状态抽 10 min 停3 min 温度 ℃27～ 33 膜通量 Lm- 2h- 1 膜生物反应器3. 0～ 3 . 1 系统出水 Lh- 10. 93～ 1 . 0 图 2、图 3 分别表示系统中各个单元对有机物 CODCr和 TA 的去除情况。 图 2 系统的 CODCr去除效果 图 3 系统的TA 降解效果 从图中可知, 系统的 CODCr总去除率达到93. 4 ～ 98. 3 , 系统出水 CODCr稳定运行时变化范围为 26. 6～ 68. 03 mg L ,平均值为 52. 54 mg L, 碱减量废水 的特征污染物 TA 的降解率超过 94,处理效果非常 明显。 当 系统 运行 到第 25 d 时 , 进水 CODCr从 1 027. 54 mg L增加到1 297. 22 mg L , CODCr去除率仅 仅从 96. 95下降到 91. 89, 到第 29 d 系统恢复正 常,CODCr去除率达到 95. 52; 当系统运行到第 43 d 时,进水CODCr从1 316. 29 mg L增加到1 613. 50 mg L, 21 环 境 工 程 2005年 8 月第23 卷第4 期 CODCr去除率从 97. 28 下降到 89. 95,到第 47 d 系 统恢复正常,CODCr去除率达到 95. 51。由此可看出 在该浓度变化范围内 ,进水浓度及冲击负荷对生物降 解效果影响不大 ,系统的抗负荷冲击能力很强 ,这是 由于内置悬浮填料的水解酸化反应器和高污泥浓度 的生物膜反应器 MBR 都具有较强的抗负荷冲击 能力 。 3. 2 水解酸化过程对好氧深度处理的作用 废水的水解酸化处理工艺作为生物预处理技术 在国内外已有很多研究和应用。水解酸化工艺具有 提高废水的可生化性、去除少量有机污染物 、 降低后 续好氧工艺的曝气量等特点 [ 2] 。 从图 2中可看出随着进水中 CODCr的增大 由乙 二醇的增加而引起 , 水解酸化反应器的 CODCr去除 率从 1. 41增加到 23. 80。从图 3 中的 TA 降解实 验结 果可 知, 水 解酸 化反 应器 的 TA 降 解率 为 0. 23～ 6. 02,表明水解酸化工艺对 TA 的降解很 少,也即兼氧菌几乎不能降解 TA,这与其他学者得出 的结论是一致的 [ 3,4] 。 但水解酸化工艺对乙二醇的降解作用却非常明 显,从图 4 可知乙二醇 的降解率达到 58. 94～ 71. 49。由于水解酸化反应器对乙二醇的降解作 用,在系统 CODCr总去除率没有下降的情况下, 大大 减轻了MBR的 CODCr负荷 。 图 4 水解酸化池的乙二醇降解效果 图 5 水解酸化前后废水的 B C 本文采用传统的稀释接种法测定 BOD5, 进而以 B C BOD5 CODCr 为依据来判断废水的可生化性 [ 5] 。 由图 5可看出随着进水中乙二醇的增加, 进水的 B C 略有下降, 而水解酸化反应器出水的 B C 略有升高。 进水 B C 的值范围为 0. 49～ 0. 51,经水解酸化工艺处 理后 B C 变为 0. 678 ～ 0. 719,即经水解酸化后, 废水 的可生化参数 B C 提高了 0. 173～ 0. 227。并且从图5 中可知随着进水中乙二醇的增加 , Δ B C 有增大的趋 势,这是由于兼氧菌 、厌氧菌对乙二醇有较好的降解 作用 [ 6] , 而对 TA 的降解作用很小。 3. 3 柔性多孔填料对减少膜污染的贡献 为了探讨和评价柔性多孔颗粒悬浮填料对减少 膜污染的作用, 本研究采用对比实验方法 在水解酸 化反应器后 ,安装 2个平行的MBR 反应器 ,其中一个 反应器内放置柔性多孔悬浮填料。为使实验结果具 有可比性, 2个反应器的运行条件保持完全一致。 图6 为 2 个MBR反应器的透膜压差随运行时间 的变化情况。当普通 MBR 运行到第 41 d 后, 透膜压 差从 18. 39 kPa 迅速增大到第 67 d 的 60. 11 kPa, 平均 每天涨幅达到 0. 88 kPa 。而复合式 MBR 的透膜压差 增加缓慢, 平均每天涨幅只有 0. 17 kPa 。一方面, 柔 性多孔悬浮填料可以提高对膜表面的冲刷作用,减少 膜表面的沉积层 ,另一方面 ,填料的加入实现微生物 的固定化和填料内部的缺氧微环境 ,从而在单元填料 中形成了从营养物-细菌-原生动物-后生动物的食物 链,使反应器中的微生物更加丰富, 原生动物和后生 动物对防治膜污染起着积极的作用 [ 7] 。 图 6 普通 MBR与复合式MBR 透膜压差的比较 当系统运行到第 68 d, 普通 MBR 的膜出水水质 变差, 透膜压差迅速下降 ,可能是由于个别膜丝破裂 和膜组件密封处泄漏所致 ,实验停止运行 。 4 结论 1 采用水解酸化-复合式膜生物反应器工艺处 理碱减量废水 , 系统的 CODCr总去除率达到 93～ 98,系统出水 CODCr为 26. 6 ～ 68. 03 mg L, TA 的降 解率超过 94, 处理效果非常明显。系统抗负荷冲 击能力强, 每次受到负荷冲击, 系统 CODCr的去除率 下降幅度很小,3 ～ 4 d 就能迅速恢复正常 。 下转第 38 页 22 环 境 工 程 2005年 8 月第23 卷第4 期 图4 UV O3提高废水可生化性 时处理过程具有除臭 、 不产生污泥等优点,因此,应用 此方法降解炼油废碱水具有很大优势。 2 在本实验的条件下,O3的投加量为 22 mg L, H2O2加入量为 1, 或 TiO2的投加量为20 g时 , UV O3、 UV H2O2、 UV TiO2 H2O2法处理效果差别不显著, 均达到预处理的要求 ,但 TiO2的固定化问题还有待 于解决。UV O3法显著改善废水的可生化性, 不但防 止炼油废碱水对后续生化处理系统造成冲击 ,且更有 利于后续二级生化处理, 因此宜作为预处理技术, 实 验证明,它具有方便 、 灵活 、 控制力强的特点。 3 本实验初步研究了静态条件下光化学氧化法 对炼油废碱水的处理效果 ,正在进一步研究动态条件 下的降解规律, 为工业化应用奠定基础。 致谢 感谢中国石化茂名炼油化工股份有限公司技术质量部、安全环 保部及茂名学院环境工程教研室给予的大力帮助和支持。 参考文献 1 雷乐成主编. 水处理高级氧化技术. 北京 化学工业出版社, 2001 186. 2 Fujishima ,A . et al, Nature, 238, 37 1977 . 3 杜龙弟. 乙烯废碱液综合治理技术探讨. 石油化工环境保护. 2001. 10 3 23～ 24. 4 张冬梅, UV TiO2 H2O2法对高浓度有机废水降解的研究, 环境工 程, 2003. 21 4 23～ 24. 5 张冬梅, 谢文玉,O3-UV 法对炼油含碱废水降解的试验研究, 化工 生产与技术,2003. 3 14～ 15. 作者通讯处 张冬梅 525000 广东茂名学院环境工程系环境工程 专业 电话 0668 2923550 2004- 09-22 收稿 上接第 22页 2 水解酸化工艺对 TA 的降解作用很小, TA 降 解率为 0. 23～ 6. 02。但对乙二醇的降解作用却 非常明显, 乙二醇的降解率达到 58. 94～ 71. 49, 大大减轻了MBR 的 CODCr负荷。水解酸化工艺可以 改善废水的可生化性, 经水解酸化后, 废水的可生化 参数 B C 提高了 0. 173～ 0. 227。 3 柔性颗粒悬浮填料可以显著减轻膜污染。一 方面, 可以提高对膜表面的冲刷作用, 减少膜表面的 沉积层 ; 另一方面, 悬浮填料的加入使反应器中的微 生物更加丰富 , 增加了原生动物和后生动物在 MBR 中的数量 ,有效地减轻了膜污染。 4 采用本工艺处理碱减量废水, 具有容积负荷 高、 抗冲击性能强 、有机污染物降解效率高等特点。 系统运行稳定, 为碱减量实际废水的资源化利用提供 了新的解决方案 。 参考文献 1 王淦. 印染厂碱减量废水处理工艺探讨. 中国给水排水, 2000. 16 8 21～ 22. 2 沈耀良, 王宝贞. 水解酸化工艺及其应用研究. 哈尔滨建筑大学学 报, 1999. 32 6 35～ 38. 3 赵洪波. 生物膜A O 法处理 PTA 废水的试验研究. 环境科学, 1994. 15 6 47～ 50. 4 Guan Bao-hong, Wu Zhong-biao , Wu Zu -ceng , et al . Biodegradability of terephthalic acid in terylene artificial silk printing and dyeing wastewater. Journal of Environmental Sciences, 2003. 15 3 296～ 301. 5 钱易, 汤鸿霄. 水体颗粒物和难降解有机物的特性与控制技术原理 下 . 北京 中国环境科学出版社, 2000. 29～ 30. 6 Gaston, L . W. and Stadtman, E. R. . Fer mentation of Ethylene Glycol by Clostridium Glycolicum, Sp. N. Journal of Bacteriology , 1963. 85 356 ～ 362. 7 B. S. Luxmy , T. Kubo and K. Yamamoto . Sludge reduction potential of metazoa membrane bioreactors. Water Science and Technology , 2001. 44 10 197～ 202. 作者通讯处 杨期勇 200051 上海市延安西路 1882 号 东华大学 研究生楼 713 室 电话 021 62373614-800 E -mail yqy46901sina . com 2004- 10-28 收稿 38 环 境 工 程 2005年 8 月第23 卷第4 期 STUDY ON DIFFERENT OPERATION MODES OF SUBMERGED MEMBRANE BIOREACTORS FORWASTEWATER TREATMENTWang Zhiwei et al7 Abstract Membrane bioreactors for wastewater treatment must operate for long periods. Operation modes are well related to the feature of MBR for long -term run. Characteristics of the submerged MBR at different operation modes at constant flux and at constant TMP during short period and long -term practical run on a lab scale were studied. Test results suggested that it wasfit for MBRs for long -time operation when MBRs were operatedinsub-critical zone atfixed membrane fluxand under economical TMP ＊ atfixed TMP . Membrane fouling mechanismswere also theoretically analyzed in different operation zones. Keywords submerged membrane bioreactor SMBR , fixed transmembrane pressure, fixed membrane flux andmembrane fouling CHARACTERISTICS OF PROCEDURE DESIGN FOR SHENYANG NORTHERN WASTEWATER TREATMENT PLANTSun Sheng et al 10 Abstract It is introduced in detail that the design capacity, SDAO process and the main parameter of each monomer structure. A circular aeration tank is used for SDAO process and there is a creation in the structural design. The digestion process is also used for the sludge, and the heating of the sludge is scientific. Keywords SDAO process, circular aeration tank and digestion of sludge EXPERIMENTAL RESEARCH ON TREATMENT OF PENICILLIN WASTEWATER WITH THE OF MEMBRANE BIOREACTOR MBRSun Jingmin et al 12 Abstract Based on systematic analysis of the quality of penicillin wastewater, it is studied the start up features and influence factors of treating penicillin wastewater by the processof membrane bioreactor. The result shows that the suitable operation is got on conditions CODCrof the influent is 58 kg m3 d and the concentration of the sludge is in the range of 7～ 12 g L. Keywords penicillin wastewater and membrance bioreactor MBR TREATMENT TECHNOLOGY OF WASTEWATER FROM PRODUCTIONOF TEXTILE PRINTING AND DYEINGWang Zhenchuan et al 15 Abstract Textile printing and dyeing wastewater was treated by the process of coagulation sedimentation -hydrolytic acidification -suspended chain acrating-biocarbon absorption. After treatment by this process, 93 percent CODCris removed from the wastewater and all the inds of the effluent consistently meets the first -order of the National Emission Standard for Pollutants of the Textile Dyeing Wastewaters GB4287 -92. Keywords dyeing wastewater, coagulation sedimentation, hydrolytic acidification, suspended chain aerating and biocarbon EXAMPLE OF TREATING WASTEWATER FROM PRODUCTION OF HYDROGEN PEROXIDE SOLUTIONLiuYanlin et al 17 Abstract It is briefly introduced the charactersof waste water from the production of hydrogen peroxide solution by anthraquinone process. An optimized treatment technology of the waste water is proposed, i. e. the process of oil insulative deposition-air floatation -catalytic oxidation- biocarbon. The actual operations of the engineering and then analyzing the problems during operations are also introduced. Keywords waste water from the production of hydrogen peroxide solution, air floatation, catalytic oxidation and engineering application EXPERIMENTAL STUDY ON THE TREATMENT OF WASTEWATER FROM POLYESTER ALKALI-DECREMENTPROCESS BYHYDROLYTIC ACIDIFICATION -HYBRID MEMBRANE BIOREACTOR PROCESSYang Qiyong et al 20 Abstract A hydrolytic acidification-hybrid membrane bioreactor process was used in the treatment of wastewatr from polyester alkali- decrement process. The results indicated that the CODCrof effluentwas only 26. 6～ 68. 03mg L and the processwas efficient in the total removal of CODCrwith 93～ 98 andTA with 94. TA was hardly biodegradable with removal rate between0. 23～ 6. 02inhydrolytic acidificaton reactor, but ethylene glycol was readily biodegradable with removal efficiency up to 58. 94～ 71. 49. Treated by hydrolytic acidification process, the aerobic biodegradability B C of wastewater had been raised by 0. 137～ 0. 227. On the one hand, porous -flexible suspended carrier potentiated the scour over the surface of membrane and decreased the cake on the membrane;on the other hand, it increased the number of protozoa and metazoa in MBR, which played an effective role in fouling control of the membrane. Keywords alkali -decrement, hydrolytic acidification, mombrane bioreactor, purous flexible suspended carrier, terephthalic acid and wastewater treatment TREATING MUNICIPAL SEWAGE WITH ARTIFICIAL MARSH TECHNIQUE APPLIED IN THE NORTHZhang Xianlong et al 23 Abstract As an ecological treating technique, the artificial marsh system is of good prospects because of its advantages, such as simple facilities, less investment, convenient operation, lower cost of energy and better effect of purification. The artificial marsh systemwas rarely apllied in cold zone in the north. An engineering case of the artificial marsh system applied in the north successfully is introduced. 2 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 23,No. 4, Aug . , 2005