好氧序批式MBR处理高浓氨氮废水

好氧序批式 MBR处理高浓氨氮废水 杨宗政 , 　顾　平 , 　刘静文 (天津大学 环境科学与 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学院 , 天津 300072) 　　摘 　要 : 　采用好氧序批式膜生物反应器 ( SMBR)处理高浓度氨氮废水 ,考察了对 NH +4 - N和 COD的去除效果、影响硝化效果的因素以及混合液中残留 COD与膜通量的关系。结果表明 :在 HRT为 4. 7 h、SRT为 30 d、气水比为 100 ∶1、pH值为 7. 0～8. 0、进水 COD平均值为 142. 8 mg/L 的条件下 ,当进水氨氮高达 800 mg/L时出水氨氮值仍能稳定在 10 mg/L以下 ,出水 COD平均值为 31. 3 mg/L。 　　关键词 : 　序批式膜生物反应器 ; 　高浓度氨氮废水 ; 　硝化反应 ; 　膜比通量 中图分类号 : X703. 1　　文献标识码 : C　　文章编号 : 1000 - 4602 (2005) 03 - 0053 - 04 Aerob ic Sequenc ing M BR for Trea tm en t of H igh Concen tra tion Amm on ia N itrogen W a stewa ter YANG Zong2zheng, 　GU Ping, 　L IU J ing2wen (School of Environm ental Science and Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China) 　　Abstract:　Aerobic sequencingMBR was used for treatment of high concentration ammonia nitrogen wastewater to investigate NH +4 - N and COD removal effect, factors affecting nitrification effect, and the relation between residual COD in m ixed liquor and membrane flux. The result shows that under the condi2 tions of HRT 4. 7 h, SRT 30 d, air2water ratio 100 ∶1, pH 7. 0 - 8. 0, and average influent COD value 142. 8 mg/L , when influent ammonia nitrogen is as high as 800 mg/L , the effluent ammonia nitrogen can be constant at less than 10 mg/L and COD is averaged at 31. 3 mg/L. 　　Key words:　sequencing membrane bioreactor; 　high concentration ammonia nitrogen wastewater; nitrification; 　membrane specific flux 　　基金项目 : 国家高技术研究发展 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 (863)项目 (2002AA601240) 1　试验装置及方法 111　原水水质 向生活污水中投加一定浓度的 (NH4 ) 2 SO4 配 制成高浓度氨氮废水 ,其水质如表 1所示。 表 1　原水水质 Tab. 1　Raw water quality 参数 浊度 /NTU COD / (mg·L - 1 )氨氮 / (mg·L - 1 ) pH 范围 41. 2～176. 2 63. 5～329. 1 59. 7～859. 7 7. 2～7. 9 均值 83. 7 142. 8 435. 7 7. 5 112　试验装置 试验装置如图 1所示。膜生物反应器采用序批 式进水、间歇出水的方式运行 (出水 8 m in暂停 2 m in) ,进、出水及加碱泵的运行由可编程控制器控 制 (保证反应器内的 pH值为 7. 0～8. 0)。主要运 行参数 :出水压差为 15. 6～16. 9 kPa, HRT为 4. 7 h, SRT为 30 d,气水比为 100 ∶1,工作流量为 7. 0 L /h。 ·35· 第 21卷 　第 3期 2005年 3月 　　　　　　　　　　　　 中 国 给 水 排 水 CH INA WATER &WASTEWATER 　　　　　　　　　　　　　Vol. 21 No. 3 Mar. 2005 图 1　试验装置 Fig. 1　Flow chart of experimental set2up 113　分析项目及方法 COD: ET108 COD快速测定仪 ;MLSS:干燥减重 法 ; NH +4 - N:纳氏试剂分光光度法 ; NOx - N:离子 色谱法 ; DO:溶氧仪 ;浊度 : GDS - 3B光电式浊度计 ; pH: pHS - 30型精密 pH计。 2　结果与分析 211　对氨氮的去除 氨氮去除率与运行时间的关系如图 2所示。 图 2　氨氮去除率随运行时间的变化 Fig. 2　Variation of NH +4 - N removal rate with operating time 由图 2可知 ,在试验初期随着氨氮浓度的提高 则其去除率有所降低 ,此后一直保持在 90%左右 , 运行了 45 d后更是达到了 99%左右。经分析原因 是 :由于活性污泥驯化不够充分 ,使得世代周期较长 的硝酸菌和亚硝酸菌在数量上没有形成优势 ,对氨 氮的降解能力较弱 ,导致出水氨氮浓度较高 (在 30 mg/L上下波动 )。随着运行时间的延长则硝化菌 的数量逐渐增加并适应了高浓度氨氮环境 ,对氨氮 的降解能力不断增强 ,使出水氨氮浓度稳定在较低 水平。从图 2还可知 ,出水氨氮浓度和反应器内混 合液的氨氮浓度基本接近 ,说明微滤膜对 NH +4 没有 截留作用 ,氨氮的去除完全靠生物的硝化和同化作 用来完成。因此 ,保证硝酸菌和亚硝酸菌在反应器 内占据优势地位并提供充足的 DO是 SMBR高效除 氨氮的关键。 212　硝化作用 2. 2. 1　硝化速率 硝化反应是一个产酸反应 ,随着反应的进行则 pH值呈下降趋势。硝化反应速率的大小不仅可以 用氨氮浓度的降低速率或 NO -2 的生成速率来表示 , 还可以用 pH值下降速率来表示 , pH值下降越快则 硝化反应的速率越大。试验中 ,当混合液的 pH < 7. 0时 ,加碱泵自动启动向反应器内投加碱液 ,待 pH 值升至 8时停止。由于加入的碱液在反应器内混合 完全有滞后情况 ,故 pH值最高可达 8. 77,即实际反 应过程中的 pH值维持在 7～8. 77。一个进水周期 包含两个加碱过程。加碱后混合液 pH值随运行时 间的变化见图 3。 图 3　pH值随运行时间的变化 Fig. 3　Variation of pH value with time 由图 3可知 ,每次加碱后的 pH值下降速率在 开始阶段均比较快 ,随后趋于平缓 ,说明开始时的硝 化速率较快。第一次加碱后的 pH值下降速率高于 第二次 ,表明第一次加碱后的硝化反应速率较快 ,其 原因是该时氨氮浓度较高 ,而 NO -2 和 H + 浓度较 低 ,有利于反应的进行。随着反应的进行则 NO -2 和 H +浓度不断增加 ,使得硝化反应受到了抑制 ,曲线 也就趋于平缓了。 试验中还考察了系统运行至第 5天和第 25天 时的 pH值变化。结果表明 ,第 5天时 (进水氨氮浓 ·45· 第 3期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　中 国 给 水 排 水　　　　　　　　　　　　　　　　　　第 21卷 度为 123. 52 mg/L)的硝化反应速率与第 25天 (进 水氨氮浓度为 475. 15 mg/L)时的基本相同 ,区别在 于后者在第一次加碱时的 pH值下降速率更快。原 因是运行初期系统内硝化菌数量相对较少 ,随着运 行时间的延长则硝化菌不断增殖 ,并被膜截留在反 应器内而得到富集 ,故硝化速率不断增加。综上所 述 ,无论进水氨氮浓度高低 ,在每次加碱后硝化反应 都经历了一个先快后慢并最终趋于平缓的过程。 2. 2. 2　比硝化速率 当进水氨氮为 147. 5 mg/L、MLSS为 5. 6 g/L、 DO为 2. 5 mg/L时 ,混合液中氨氮与硝态氮浓度随 时间的变化如图 4所示。 图 4　氮浓度随时间的变化 Fig. 4　Variation of nitrogen concentration with time 由图 4可知 ,氨氮浓度与运行时间呈负相关关 系 ,而硝态氮浓度则与运行时间呈正相关关系。不 过 NO -3 - N浓度增加很少 ,说明硝化反应基本上只 进行到亚硝化阶段。在运行后期 ,反应器内出现了 亚硝酸积累 ,主要原因有两点 : ①当进水氨氮浓度超 过 100 mg/L后硝化菌活性受到了抑制 ,硝化反应速 度大大降低 [ 1 ] ; ②进水 COD /NH +4 - N平均值仅为 0. 35,远远低于微生物的生长要求以及传统 A /O工 艺中 C /N的比例。 通过计算得到比硝化速率 u(NH +4 - N) = 4. 41 d - 1 , u (NO -x - N) = 1. 45 d - 1。与传统活性污泥工艺相比 ,对 氨氮的硝化速率提高了 2～3个数量级 [ 1 ]。这说明 , 膜能够有效截留世代周期比较长的硝化细菌 ,为反 应器在高氨氮负荷下运行创造了有利条件。 213　膜比通量的变化 在近两个月的运行过程中出水 COD平均值为 31. 3 mg/L ,平均去除率为 78. 1% , MLSS平均值约 为 6. 0 g/L。在运行初期 ,当进水 COD从 75 mg/L 逐渐提高到 215 mg/L时出水 COD 浓度也逐渐升 高 ,说明反应器内的异养微生物因培养驯化时间不 足而对有机物的降解活性较弱。运行 20 d后 ,出水 水质便能保持稳定了 ,说明膜生物反应器抗冲击负 荷能力强。混合液的 COD值随运行时间的延长而 不断增长 ,原因可能是进水氨氮浓度的提高抑制了 分解有机物的异养微生物的生长 ,同时较高的硝化 速率消耗了大量的溶解氧 ,使得有机物的氧化也受 到了影响。膜生物反应器一方面通过提供高浓度污 泥来提高生化反应速度和程度 ,另一方面通过膜对 溶解性有机分子的过滤和截留作用去除部分 COD。 膜组件去除的 COD 可以用混合液的 COD 与出水 COD的差值来表示 ,差值越大则由膜组件去除的 COD就越多 ,膜污染就越严重 ,反应器的比通量 ( SF)就越低 (如图 5所示 )。因此维持混合液 COD 稳定、降低混合液与出水 COD差值 ,对于缓解膜污 染及运行经济性等方面是十分重要的。已有的研究 表明 ,投加能够降解污水中难降解物质的优势菌种 或者硫酸铝等混凝剂均可以降低混合液中的 COD [ 2、3 ] ,进而减缓膜污染。 图 5　混合液与出水的 COD差值对 SF的影响 Fig. 5　Effect of COD margin between m ixed liquid and effluent on specific flux 3　结论 ①　采用好氧 SMBR处理高浓度氨氮废水时反 应器启动时间短 ,对氨氮和 COD均有很好的去除效 果。用氨氮和硝态氮表示的比硝化速率分别为 4. 41、1. 45 d - 1 ,较传统活性污泥工艺高 2～3个数 量级。 ②　通过控制溶解氧、水力停留时间等因素可 ·55· 第 3期 　　　　　　　 　　　　　杨宗政 ,等 :好氧序批式 MBR处理高浓氨氮废水 　　　　　　　　　　　　　第 21卷 以将硝化反应控制在亚硝化阶段 ,但较高的氨氮浓 度在一定程度上抑制了有机物的降解 ,使得 COD在 膜反应器内产生一定的积累 ,这是导致膜污染的主 要原因。 参考文献 : [ 1 ]　张希衡. 废水厌氧生物处理工程 [M ]. 北京 :中国环 境科学出版社 , 1996. [ 2 ]　庞金钊 ,孙永军 ,杨宗政 ,等. 优势菌膜生物反应器处 理洗车废水的研究 [ J ]. 天津大学学报 , 2003, 36 (3) : 383 - 386. [ 3 ]　吕红 ,徐又一 ,朱宝库 ,等. 分体式膜 - 生物反应器在 废水处理中的工艺条件 [ J ]. 环境科学 , 2003, 24 ( 3) : 61 - 64. [ 4 ]　国家环保局. 水和废水监测分析方法 (第 4版 ) [M ]. 北京 :中国环境科学出版社 , 2002. 电话 : (022) 60273220 E - ma il: yzz3520@163. com 收稿日期 : 2004 - 10 - 14 ·信息 · CA收录我刊 2002年发表的部分文章 ·2002, 18 (3) 7～9 地表水处理中的好氧反硝化 作者 : 　谢曙光 　张晓健 　王占生 (清华大学 ) ·2002, 18 (3) 10～13 高锰酸钾复合药剂去除放线菌嗅味研究 作者 : 　张　锦　李圭白　陈忠林 (哈尔滨工业大学 ) ·2002, 18 (3) 18～22 混凝 —超滤去除腐殖酸的试验研究 作者 : 　王晓昌 　王 　锦 (西安建筑科技大学 ) ·2002, 18 (3) 37～39 饮用水生物过滤处理工艺述评 作者 : 　余 　健 　曾光明 　施 　周 (湖南大学 ) ·2002, 18 (3) 40～43 膜生物反应器处理难降解有机废水研究 作者 : 　韩怀芬 　金漫彤 　黄玉柱 　虞 　伟 (浙江 工业大学 ) ·2002, 18 (3) 48～50 高锰酸钾预氧化的除藻效果 作者 : 　李思敏 　李清雪 　许吉现 　张 　胜 (河北 建筑科技学院 ) 王 　龙 (邯郸市自来水公司 ) ·2002, 18 (3) 57～60 小型污水处理厂的设计 作者 : 　王维斌 (天津大学 ) 吴凡松 (哈尔滨工业大学 ) ·2002, 18 (3) 69～72 臭氧 —生物活性炭 —膜法处理自来水 作者 : 　李绍峰　黄君礼　伦中财 (哈尔滨工业大学 ) 李海波　张秀忠　杨观乐　张　帆　周梅洁 (深圳自来水〈集团 〉有限公司 ) ·2002, 18 (3) 73～75 柠檬酸生产废水治理工程的调试 作者 : 　杨淑英 　孙洪涛 　秦霄鹏 (山东省环境保护 科学研究设计院 ) ·2002, 18 (3) 76～78 垃圾渗滤液处理中的高效生物脱氮现象 作者 : 　袁居新 　陶 　涛 　王宗平 (华中科技大学 ) 钟 　辉 (中山市环卫科研所 ) ·2002, 18 (3) 85～86 反萃取 —火焰原子吸收法测定水中钴 作者 : 　王 　晓 　申 　华 (南海市南海发展股份有限 公司 ) ·2002, 18 (3) 89～92 过氧化氢高级氧化技术去除水中有机污染物 作者 : 　张文兵　肖贤明　傅家漠　盛国英　闵育顺 刘光汉 (中国科学院广州地球化学研究所 ) (本刊编辑部 ) ·65· 第 3期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　中 国 给 水 排 水　　　　　　　　　　　　　　　　　　第 21卷