为了提高印染废水中各种难降解有机物的降解效率,采 用 水 解 酸 化-移动 床 生 物 膜 反 应 器(movingbedbio-filmreactor,MBBR)生物处理工艺对某厂实际印染废水的处理过程进行了研究,考察了该工艺对废水污染物的去除效果。现场实验结果表明:当废水处理量为1.92m3/d时,该工艺对于印染废水中 COD的去除率达到75%,对氨氮的去除率可达60%;通过SEM 扫描电镜观察发现聚氨酯多孔生物凝胶(porousbio-gel,PBG)填料的表面和内部附着了大量菌落,且菌胶团紧密而厚实。此外,经测定PBG 填料负载的污泥浓度高达7700mg/L,远高于其他 MBBR工艺的悬浮填料负载的污泥浓度(3090mg/L),污泥负载效果好。
关键词:
移动床生物膜反应器;印染废水;聚氨酯多孔生物凝胶悬浮填料;污泥浓度
0 引 言
印染废水具有水量大、难降解有机物含量高、污染物种 类 繁 多、色 度 高、异 味 重、pH 值 变 化 大 等 特点。由于有机污染物浓度高,可生化性低,其中的芳环化合物还容易复合一些显色基团和极性基团,且性质比较稳定,是废水处理的难点之一。目前,国内常用的印染废水处理方法有物理法、化学法和生物法。生物处理方法由于耗能少、工艺设备简单、不会造成二次污染等优势,在印染废水的处理中越来越受到 重 视。生物处理方法主要包括活性污泥法、生物膜法和厌氧水解法,但这些方法均存在着有机物去除效率低、工艺复杂、能耗大、剩余污泥产量大等 问 题。MBBR 工 艺 的 核 心 是 悬 浮 填 料 的 应用。悬浮填料作为微生物的活性载体,在挂膜成功后,密度需与 水 相 接 近,然后在曝气和水流的作用下,悬浮填料处于流化态,增加了微生物与污水中有机物的接触。通过微生物的新陈代谢,达到净化水质的效果。MBBR 工艺不仅可以富集大量的微生物,而且系 统 稳 定,很 少 出 现 污 泥 膨 胀 等 问 题。
移动床生物膜反应器;印染废水;聚氨酯多孔生物凝胶悬浮填料;污泥浓度
0 引 言
印染废水具有水量大、难降解有机物含量高、污染物种 类 繁 多、色 度 高、异 味 重、pH 值 变 化 大 等 特点。由于有机污染物浓度高,可生化性低,其中的芳环化合物还容易复合一些显色基团和极性基团,且性质比较稳定,是废水处理的难点之一。目前,国内常用的印染废水处理方法有物理法、化学法和生物法。生物处理方法由于耗能少、工艺设备简单、不会造成二次污染等优势,在印染废水的处理中越来越受到 重 视。生物处理方法主要包括活性污泥法、生物膜法和厌氧水解法,但这些方法均存在着有机物去除效率低、工艺复杂、能耗大、剩余污泥产量大等 问 题。MBBR 工 艺 的 核 心 是 悬 浮 填 料 的 应用。悬浮填料作为微生物的活性载体,在挂膜成功后,密度需与 水 相 接 近,然后在曝气和水流的作用下,悬浮填料处于流化态,增加了微生物与污水中有机物的接触。通过微生物的新陈代谢,达到净化水质的效果。MBBR 工艺不仅可以富集大量的微生物,而且系 统 稳 定,很 少 出 现 污 泥 膨 胀 等 问 题。
此外,其节约能源、抵抗水质水量变化能力强,反应器体积小,日 常 维 护 方 便。在污水处理厂的升级改造中可作为单元组件复合到原有工艺完成污水处理。目前已应用的生物填料有聚氨酯多孔生物凝胶 (porousbio-gel,PBG)填 料、PVA 凝 胶 小球、PE(Polyethylene)环等等,其中 PBG 填 料 是一种性能优异的亲水性填料,该填料具有遇水沉降快、处理能力高、污泥产量少、使用寿命长等特点。
基于传统工 艺 处 理 存 在 的 问 题 及 MBBR 应 用特点,本文在中试规模上,以 PBG 为悬浮填料,采用水解酸化-MBBR工艺对某厂实际印染废水进行处理,考察该工艺处理印染废水的可行性。
1 实 验
1.1 工艺流程
实验装置由调节罐、MBBR 反应器和沉淀池串联而成,如图1所示。其中,调节罐用以调节原水的pH,并进行初步的水解酸化,水力停留时间为24h,有效容积为5m3;MBBR反应器由2个方形反应器(有效容积均为0.7m3)串联而成,水力停留时间为8.8h;沉淀池有效容积为0.5m3。将实际印染废水通过泵抽入调节罐中,将原水的pH 调节至7~8,并进行初步水解酸化。废水经调节 罐 后,再 利 用 泵 抽 入 MBBR 反 应 器 并 进 行 处理,出水再进入沉淀池。泥水分离后,产生的污泥一部分作为回流污泥,一部分作为剩余污泥。
1.1 工艺流程
实验装置由调节罐、MBBR 反应器和沉淀池串联而成,如图1所示。其中,调节罐用以调节原水的pH,并进行初步的水解酸化,水力停留时间为24h,有效容积为5m3;MBBR反应器由2个方形反应器(有效容积均为0.7m3)串联而成,水力停留时间为8.8h;沉淀池有效容积为0.5m3。将实际印染废水通过泵抽入调节罐中,将原水的pH 调节至7~8,并进行初步水解酸化。废水经调节 罐 后,再 利 用 泵 抽 入 MBBR 反 应 器 并 进 行 处理,出水再进入沉淀池。泥水分离后,产生的污泥一部分作为回流污泥,一部分作为剩余污泥。
1.2 接种污泥和实验水样
接种污泥:取自某印染废水处理厂的好氧污泥,接种后污泥浓度为10700mg/L。
接种污泥:取自某印染废水处理厂的好氧污泥,接种后污泥浓度为10700mg/L。
实验水样:福建省石狮市某印染厂的实际废水,其水质成分如表1所示.

1.3 实验填料
PBG 聚氨酯类填料是多孔凝胶材料,购自于山东省某环 保 科 技 有 限 公 司。它 具 有 极 佳 的 吸 水 性能,吸 水 膨 胀 后 呈 边 长 为(10±1)mm 的 正 方 体。其内部的多孔墙体结构增加了自身的比表面积,其比表面积大于4000 m2/m3。密度与水接近,亲 水性极 强,吸水膨胀后体积质量接近于水,孔 隙 率为98%。
1.3 实验填料
PBG 聚氨酯类填料是多孔凝胶材料,购自于山东省某环 保 科 技 有 限 公 司。它 具 有 极 佳 的 吸 水 性能,吸 水 膨 胀 后 呈 边 长 为(10±1)mm 的 正 方 体。其内部的多孔墙体结构增加了自身的比表面积,其比表面积大于4000 m2/m3。密度与水接近,亲 水性极 强,吸水膨胀后体积质量接近于水,孔 隙 率为98%。
1.4 废水处理方法
1.4.1PBG 填料挂膜 按1∶1的比例将 PBG 填料与接种污泥混匀后装入反应器,采用实际印染废水启动反应器后使其闷曝3~5d。待填料上均匀附着了一定量的污泥后,实际废水持续进水并保持出水回流。保持反应器内pH 值在7.1~7.6之间,溶解氧在1.5~3.0mg/L之间,期间定时测定反应器内悬浮污泥浓度及填料内负载的污泥浓度。待填料已经全部呈棕褐色,同时通过显微镜观察到微生物已大量附着于填料内外部,PBG填料挂膜过程结束。
1.4.1PBG 填料挂膜 按1∶1的比例将 PBG 填料与接种污泥混匀后装入反应器,采用实际印染废水启动反应器后使其闷曝3~5d。待填料上均匀附着了一定量的污泥后,实际废水持续进水并保持出水回流。保持反应器内pH 值在7.1~7.6之间,溶解氧在1.5~3.0mg/L之间,期间定时测定反应器内悬浮污泥浓度及填料内负载的污泥浓度。待填料已经全部呈棕褐色,同时通过显微镜观察到微生物已大量附着于填料内外部,PBG填料挂膜过程结束。
1.4.2 MBBR工艺处理印染废水 取挂膜成功的PBG 填料,按20%填充率加入 MBBR 好氧反应器,实际印染废水以80L/h的流量运行20~30d,期间监测系统 COD、氨氮、DO、pH 等指标。
1.5 检测指标及方法
检测指标包括:COD(5B-3C快速测定仪法);氨氮(纳氏比色法的直接测定法);DO(便携式溶解氧仪 法 );pH (PHS-3C 型 pH 计 直 接 测 定 法 );MLSS、SS(称 重 法);温 度 (便 携 式 溶 解 氧 仪 法);PBG 填料内负载的污泥量(称重法);微生物的形态特征(显微镜(N-180M)观察)。
检测指标包括:COD(5B-3C快速测定仪法);氨氮(纳氏比色法的直接测定法);DO(便携式溶解氧仪 法 );pH (PHS-3C 型 pH 计 直 接 测 定 法 );MLSS、SS(称 重 法);温 度 (便 携 式 溶 解 氧 仪 法);PBG 填料内负载的污泥量(称重法);微生物的形态特征(显微镜(N-180M)观察)。
运行结果检测方法:采用 Quanta600FEG 型扫描电镜观察。具体过程如下:①从反应器中随机捞取2~3个 PBG 填料,置于干净的烧杯中,用去离子水反复清洗,倒掉上清液;②将样品浸入2.5%的戊二醛,并将其放入冰箱中固定,温度设置4 ℃,用时2h;③用配置好的0.1mol/L的磷酸缓冲液冲洗样品,每次15min,重复此操作3次;④分别用体积分数为50%、70%、80%、90% 的 乙 醇 进 行 脱 水,再 用100%乙醇脱水3次,每次20min;⑤用V(乙醇)V(乙酸异戊酯)=1∶1的溶液,纯乙酸异戊酯各置换一次,每次20min;⑥将置换好的样品放入滤纸叠成的小盒中,置于40℃的烘箱中干燥8h;⑦用离子溅射 镀 膜 仪 (IB-5(Giko)型)在 样 品 表 面 镀 上 一 层1500nm厚度的金属膜;⑧在扫描电镜下观察。
2 结果与讨论
2.1 COD的去除效果
水解酸 化-MBBR 工 艺 对 该 厂 废 水 中 COD 的去除效果如图2所示。

2.1 COD的去除效果
水解酸 化-MBBR 工 艺 对 该 厂 废 水 中 COD 的去除效果如图2所示。
由图2可 知:整 个 系 统 进 水 COD 质 量 浓 度 在900~1500mg/L之间,出水 COD质量浓度波动较大,平均 出 水 COD 质 量 浓 度 为250 mg/L;前13d的 COD去除率持续稳定在75%;出水 COD质量浓度在第15天略有提高,并在第19~23天大幅度降低,然后保持稳定,最终系统对 COD 的平均去除率达到85%,出水 COD 质量浓度低于200 mg/L,达到了我国 GB4287—2012《纺织染整工业水污染物排放标准》。PBG 填料的多孔结构利于污泥附着,从而使得填料中的微生物利用废水中的有机物进行生长和大量增值;另一方面,生长于孔隙中的微生物对于水质、水量变化大等冲击具有更强的抵御能力,其生存能力 的 增 强 有 利 于 微 型 生 态 系 统 的 稳 定。因此,本实验工艺对于 COD的去除效果良好。
同时与胡国威的COD去除率74.4%相比,本实验工艺对印染废水中 COD的去除效果显著增强。
2.2 氨氮的去除效果
水解酸化-MBBR 工艺对该厂废水中氨氮的去除效果如表2所示。

从表2 可 以 看 出:本 工 艺 进 水 的 氨 氮 浓 度 在5.5~11mg/L 左 右 且 波 动 较 大,出 水 氨 氮 浓 度 在2.9~5mg/L,平均去除率为42%;系统在第7天和第13天时进水负荷升高,此时对氨氮的去除率接近50%~60%。这主要是因为硝化细菌在有利的环境下利用充足的有机物进行大量增值,且挂膜后的填料由内及 外 形 成 厌 氧-缺 氧-好 氧 微 环 境,有 利 于 硝化反硝化作用的大量发生。同时系统合适的溶解氧环境,也使得硝化反应进行得比较彻底,从而有利于氨氮的去除。同时,与刘永红等的出水氨氮浓度3.4mg/L 相 当。因 此,该实验工艺对于印染废水的处理具有可行性。
水解酸化-MBBR 工艺对该厂废水中氨氮的去除效果如表2所示。
从表2 可 以 看 出:本 工 艺 进 水 的 氨 氮 浓 度 在5.5~11mg/L 左 右 且 波 动 较 大,出 水 氨 氮 浓 度 在2.9~5mg/L,平均去除率为42%;系统在第7天和第13天时进水负荷升高,此时对氨氮的去除率接近50%~60%。这主要是因为硝化细菌在有利的环境下利用充足的有机物进行大量增值,且挂膜后的填料由内及 外 形 成 厌 氧-缺 氧-好 氧 微 环 境,有 利 于 硝化反硝化作用的大量发生。同时系统合适的溶解氧环境,也使得硝化反应进行得比较彻底,从而有利于氨氮的去除。同时,与刘永红等的出水氨氮浓度3.4mg/L 相 当。因 此,该实验工艺对于印染废水的处理具有可行性。
2.3 水解酸化-MBBR工艺运行结果分析
经过25d的运行,PBG 填料由最初的白色变成了棕褐色,见图3(a)和(b)。

为了解释工艺处理效果良好的原因,通过进一步分析 PBG 填料表面和内部微生物的富集情况和特征,采用 SEM 对 PBG 填料进行观察,结果如图3的(c)和(d)所示。PBG 填料上负载的污泥浓度变化如图4所示。由图3可知:PBG 填料的表面和内部附着了大量菌落,且菌胶团逐渐变得紧密而厚实。结 合 图4可以看到,填料上负载的污泥浓度逐渐增大,最终达到7700mg/L左右。与日清纺企业管理(上海)有限公司新建印 染 废 水 项 目 MBBR 工 艺 处 理 印 染 废水的4个 曝 气 池 中 填 料 负 载 的 污 泥 浓 度 分 别 为 9650、6868、3090、3020mg/L 的成功案例相比,本实验工艺的填料污泥负载效果优异。说 明 PBG 填料的多孔结构有利于各种微生物的富集,从而使系统微生物种类丰富,数量繁多。生物膜系统附着生长的微生物与活性污泥中的微生物相比,抵抗水质、水量变化大的冲击能力强,有利于废水中污染物的有效降解。
经过25d的运行,PBG 填料由最初的白色变成了棕褐色,见图3(a)和(b)。
为了解释工艺处理效果良好的原因,通过进一步分析 PBG 填料表面和内部微生物的富集情况和特征,采用 SEM 对 PBG 填料进行观察,结果如图3的(c)和(d)所示。PBG 填料上负载的污泥浓度变化如图4所示。由图3可知:PBG 填料的表面和内部附着了大量菌落,且菌胶团逐渐变得紧密而厚实。结 合 图4可以看到,填料上负载的污泥浓度逐渐增大,最终达到7700mg/L左右。与日清纺企业管理(上海)有限公司新建印 染 废 水 项 目 MBBR 工 艺 处 理 印 染 废水的4个 曝 气 池 中 填 料 负 载 的 污 泥 浓 度 分 别 为 9650、6868、3090、3020mg/L 的成功案例相比,本实验工艺的填料污泥负载效果优异。说 明 PBG 填料的多孔结构有利于各种微生物的富集,从而使系统微生物种类丰富,数量繁多。生物膜系统附着生长的微生物与活性污泥中的微生物相比,抵抗水质、水量变化大的冲击能力强,有利于废水中污染物的有效降解。
3 结语
以 PBG 为悬浮填料的水解酸化-MBBR 工艺对实际印染废 水 COD 去 除 率 较 高;当 进 水 负 荷 较 高时,对氨氮的去除率较高。随着运行时间的增加,填料负 载 污 泥 的 浓 度 也 逐 渐 升 高,最 高 达 到 7700mg/L,说明 PBG 填料具有很强的微生物富集能力,证明该工艺可用于实际印染废水的处理。
以 PBG 为悬浮填料的水解酸化-MBBR 工艺对实际印染废 水 COD 去 除 率 较 高;当 进 水 负 荷 较 高时,对氨氮的去除率较高。随着运行时间的增加,填料负 载 污 泥 的 浓 度 也 逐 渐 升 高,最 高 达 到 7700mg/L,说明 PBG 填料具有很强的微生物富集能力,证明该工艺可用于实际印染废水的处理。
原标题:水解酸化- MBBR生物处理印染废水工艺
原作者:杨楠楠 刘永红 王 宁 党 康 杨谨如
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