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MBR 工艺处理高盐度废水试验 * 张 哲 于德爽 张业静 青岛大学化学化工与环境学院, 山东 青岛 266071 摘要 采用MBR 工艺对高盐度废水处理的影响因素进行研究。试验条件如下 污水中海水比例为 50 , COD 为 700 800 mg L, 氨氮为80 100 mg L,HRT 为 12 h, 污泥浓度为7 8 g L。试验结果表明 在高盐度条件下, 采用低溶解氧DO 为 1 2 mg L , COD 和氨氮的平均去除率可分别达到 9191 和 9144 ; 但氨氮负荷提高到 0 4 kg m3d左右时, 其 平均去除率仅为 6247 。通过降低 DO 浓度和提高进水氨氮浓度可以使亚硝化率达到 50 以上, 但不能保持稳定的 亚硝酸盐积累。 关键词 高盐废水; MBR 工艺; COD 及氨氮去除率; 亚硝化率 EXPERIMENT ON THE TREATMENT OF WASTEWATER CONTAINING HIGH SALT BY MBR PROCESS Zhang Zhe Yu Deshuang Zhang Yejing School of Chemical Engineering and Environment, Qingdao University, Qingdao 266071, China Abstract The experimental study is about the influence factor of the treatment of wastewater containing high salt by MBR process. The test conditions are asbelow wastewater containing 50 seawater, COD was 700 800mg L, NH3-N was 80 100 mg L, HRT was 12 h, MLSS was 7 8g L. The result showedthat the average removal efficiency of COD andNH3-N was9191 and 9144 respectively when the DO was 1 2 mg L in the salty condition. But when the loading of NH3-N was increased to 04 kg m3d, the average removal efficiency of ammonia was just 6247 . The rate of nitrosation could exceed 50 by reducing the concentration of DO and increasing the NH3-N concentration of the influent, but this way could not keep a steady rate of nitrite accumulation. Keywords wastewater containing high salt; MBR process; the removal efficiency of COD and NH3-N; rate of nitrosation * 国 家自然 科学 基金 50678085 ; 山东 省教 育科技 计划 项目 J06I03 ; 山东省研究生教育创新计划资助项目SDYY07091 。 0 引言 随着水资源的短缺, 废水的处理及回收利用也受 到人类越来越多的重视, 高盐度废水则是目前较难处 理的废水之一。于德爽、 Shimshon Belkin 等 [ 1 -4] 国内外 学者分别采用了 SBR、 A O、 A 2 O、 生物滴滤池等工艺 对高盐度废水进行研究, 而采用 MBR 处理高盐度废 水的研究还不多见。 MBR工艺将膜组件的高效固液分离作用与生物 反应器的生物降解作用相结合, 具有出水水质好、 占 地面积小、 活性污泥浓度高、 剩余污泥产量低和便于 自动控制等优点 [5] , 而且由于 MBR 工艺具有生物量 大的特点, 因此有更强的盐耐受力。本文采用 MBR 工艺处理含 50 海水的废水, 主要研究了 DO、 进水 氨氮浓度对去除效果的影响, 以探讨高盐环境下 MBR工艺的最佳运行参数。 1 材料与方法 11 试验装置 试验装置如图 1 所示。生物反应器的尺寸为 97 cm 50 cm 70 cm, 有效容积为 194 L, 内置 8 组 KMS 聚乙烯中空纤维膜组件。单个膜组件尺寸为 30 cm 20 cm, 膜孔径为04 m, 总膜面积为257 m 2。 反应器底部设 4 组微孔曝气器, 在运行期间进行连续 曝气, 混合液在泵的抽吸作用下经膜过滤出水, 抽吸 泵采用开 7 min、 停 3 min 的间歇运行方式。 12 试验用水 采用由葡萄糖、 NH4Cl、 KH2PO4、 Na2CO3、 50 比 例的海水以及微量的 MgSO4、 CaCl2、 FeSO4配置模拟 含盐废水。废水中的 COD 为 700 800 mg L, 氨氮为 22 环 境 工 程 2009年 10 月第 27卷第 5 期 1 配水槽; 2 潜水泵;3 转子流量计; 4 膜组件; 5 生物反应器; 6 压力表; 7 空压机; 8 抽吸泵。 图 1 MBR 试验装置 80 100 mg L, 含盐量为 175 g L, Cl - 含量为 95g L。 2 结果与分析 21 DO对去除效果的影响 一般认为硝化作用是在好氧条件下发生的, 反硝 化作用是在缺氧条件才能实现。但近年来, 有研究证 明, 反硝化也可发生在有氧条件下 [6] , 由于本试验装 置为单级好氧生物反应器, 为实现此反应器中的硝化 与反硝化,DO是限制性条件。反应器内曝气器, 膜组 件及 DO 测点分布如图 2。 图 2 曝气器, 膜组件及 DO 测点分布 由图 2 可知, 反应器中的两个隔板将反应器分隔 成顶部和底部相通的三个区域, 由曝气器产生的气体 在区域 A 中推动混合液呈错流形式上升, 在顶部流 向区域 B, 在区域 B 底部流回区域 A, 使得混合液在 反应器中能以稳定的流速从 A B A 的路径循环, 在区域 A 形成好氧区的同时在区域 B 的中下部形成 缺氧区, 试验测得DO大致分布为 当 a 处 DO 为2 3 mg L 时, b 处 DO 为 12 16 mg L, c 处 DO 为 06 09 mg L。当废水由区域 B 进入反应器后, 经过上述 循环处理, 可以完成脱氮的过程。并且, 维持一定循 环流速的混合液, 可以形成对膜表面的冲刷, 以减轻 活性污泥在膜表面的沉积, 延缓膜污染的发生。 试验运行期间, 控制HRT 为12 h, 污泥浓度为7 8 g L, COD 为 700 800 mg L, 氨氮为80 100 mg L, 分 别考察了好氧区DO 为05, 1, 2和 3mg L 时对 COD及 氨氮去除效果的影响。试验结果见图 3 图 5。 由图 3可知, 当DO 1 mg L 时对 COD 有良好的 进水COD; 出水 COD; COD 去除率。 图 3 DO 对 COD 去除效果的影响 去除效果, 平均去除率可达到 90 以上, 且 DO 再增 加对 COD 的去除效果不再有明显影响。当 DO 05 mg L 时, COD 的去除率波动比较大。在短期 1 2 d 缺氧条件下, 系统还能获得较好的去除效果, 其平均 去除率可达 8735, 如果缺氧时间过长 2 d 以上 , 系统 COD 去除率将会明显降低, 但是由于膜孔的截 留作用、 膜的吸附作用以及膜表面沉积层的筛滤、 吸 附作用可将有机物截留于反应器中并继续降解, 因此 其平均去除率仍可保持在 7986。 由图4 可以看出, DO 为05 mg L 时, 出水氨氮比 较高, 平均去除率只有 6145 。当 DO 升高到 1 mg L 时, 出水氨氮迅速降至 10 mg L 以下, 平均去除率达 到90 以上。DO 2 mg L 时, 氨氮去除率能继续上 升, 但上升幅度已不明显。由图5 可知, DO 为05 1 mg L 时, 出现亚硝酸盐积累现象, 系统亚硝化率较 高, 达到 50 以上。随着时间的延长, 亚硝酸盐积累 有下降的趋势, 说明单纯依靠控制低 DO 状态很难实 现稳定的亚硝酸盐积累。因此, 在好氧区 DO 为 1 2 mg L 时, 系统可以取得较好的去除效果, COD 和氨氮 的平均去除率分别为 9191、 9144。 进水氨氮; 出水氨氮; 氨氮去除率。 图 4 DO 对氨氮去除效果的影响 23 环 境 工 程 2009年 10 月第 27卷第 5 期 出水亚硝酸盐; 出水硝酸盐; 亚硝化率。 图 5 DO 对出水亚硝酸盐、 硝酸盐的影响 22 进水氨氮浓度对去除效果的影响 试验运行期间, 控制好氧区 DO为 1 2 mg L,HRT 为12 h, 污泥浓度为 7 8 g L, COD 为 700 800 mg L, 分别考察了进水氨氮浓度为 85, 180 和 225 mg L 时对 氨氮的去除效果的影响。试验结果见图6、 图 7。 进水氨氮; 出水氨氮; 氨氮去除率; 进水氨氮1 85mg L;进水氨氮2 180 mg L; 进水氨氮 3 225mg L。 图 6 进水氨氮浓度对氨氮去除效果的影响 出水亚硝酸盐; 出水硝酸盐; 亚硝化率; 进水氨氮1 85 mg L; 进水氨氮 2 180mg L; 进水氨氮3 225 mg L。 图 7 进水氨氮浓度对亚硝化率的影响 由图 6、 图 7 可知, 进水氨氮浓度较低时, 氨氮去 除效果比较好, 其平均去除率为9134 , 此时亚硝酸 盐的浓度很低, 平均小于 08 mg L。随着增大进水氨 氮的浓度, 氨氮去除率下降, 出现了亚硝酸盐累积的 现象。当进水氨氮浓度达到 225 mg L 时, 氨氮平均 去除率已降至6247, 此时亚硝酸盐大量积累, 出水 亚硝酸盐的平均浓度为 1042 mg L, 亚硝化率达到 50 以上。 在处理淡水废水时, 祁佩时等人 [ 7] 的研究表明, 在氨氮负荷为 04kg m 3d 左右时, 氨氮去除率 75 , 亚硝化率为 443 。在本试验中, 氨氮负荷为 04 kg m 3d 左右时, 氨氮平均去除率为 6247 , 亚 硝化率为 5408 。说明受到盐度的影响, 氨氮负荷 有所下降, 且盐度有利于亚硝酸盐的积累。由图 7 可 知, 在进水氨氮浓度为 225 mg L 时, 随着反应时间的 延长, 亚硝化率有所下降, 当反应至第 22 天时, 亚硝 化率降到 50以下。这说明硝化菌对游离氨具有适 应性, 即游离氨浓度对硝化菌的抑制浓度随反应时间 延长可以不断提高, 因此单纯利用控制游离氨浓度的 方法无法实现长期稳定的亚硝酸盐积累。 3 结论 1 采用MBR 工艺处理含 50 海水的污水, 通过 合理调整运行参数, 控制 COD 为700 800mg L, 氨氮 为80 100 mg L,HRT 为 12 h 和反应器内污泥浓度为 7 8 g L, 在好氧区 DO 为 1 2 mg L 时, 取得了较好 的去除效果, COD 和氨氮的平均去除率分别达到 9191和 9144。 2 通过降低 DO 浓度和提高进水氨氮浓度, 均可 以使系统亚硝化率达到 50 以上, 说明在该条件下 会出现亚硝酸盐的积累。但随着反应时间的延长, 亚 硝化率会下降, 说明单纯依靠该条件无法实现长期稳 定的亚硝酸盐积累。 参考文献 [ 1 ] 于德爽, 彭永臻, 张相忠, 等. 海水盐度对短程硝化反硝化的影 响[ J] . 工业水处理, 2003, 23 1 50 -54. [ 2 ] Shimshon Belkin,Asher Brenner. Biological treatment of a highsalinity chemical industrial wastewater[ J] . Wat Sci Teach, 1993, 27 7 105 - 112. [ 3 ] Thonghai Panswad. Impact of high chloride wastewater onananaerobic anoxic aerobic process with and without inoculation of chloride acclimated seeds[J] . Wat Res, 1999, 33 5 1165 -1172. [ 4 ] Mills E V.Effect of saline sewage can on the perance of percolating filters[ J] . Water and Wastewater Treatment, 1992, 9 170 -172. [ 5 ] 高艳玲, 马达. 污水生物处理新技术[ M] . 北京 中国建材工业 出版社, 2006. [ 6 ] Hyung S Y. Nitrogen removal from synthetic wastewater by simultaneous nitrification and denitrification SND vianitrite in a intermittently aerated reactor[ J] .Wat Res, 1999, 331 145 -154. [ 7 ] 祁佩时, 王文斌, 高大文, 等. 悬浮载体生物膜反应器的亚硝酸 型硝化研究[ J] . 中国给水排水,2008, 249 8 -12. 作者通信处 张哲 266071 山东青岛大学化学化工与环境学院 E -mail zhangzhezz1984 sina. com 2008- 11- 24 收稿 24 环 境 工 程 2009年 10 月第 27卷第 5 期