膜生物反應器處理氮肥行業廢水的試驗研究
摘要：介紹膜生物反應器處理工藝脫氮機理、工藝特點和處理氮肥行業廢水的試驗過程,并對試驗結果進 行了分析,為氮肥行業廢水處理提供了新的技術線路。
關鍵詞：膜生物反應器 脫氮機理 氨氮 廢水處理
1 水處理工藝脫氮機理
膜生物反應器(Membrane Bioreactor,簡稱 MBR),是由膜分離和生物處理結合而成的一種新型、高效污水處理技術。滄州大化股份有限公司為進一步提高廢水排放達標率和實現污水回用的目的,多年來一直致力于尋求一條經濟合理的氮 肥行業廢水處理途徑,為此,在進行多方面的技術考察、交流和研究的基礎上進行了MBR處理工藝的試驗研究。工業含氮廢水其脫氮機理包括硝化作用和反硝化作用兩個基本過程。硝化作用是指由氨氮轉化為硝態氮的過程,該過程主要依靠亞 硝化細菌和硝化細菌兩類好氧自養菌來完成。它包括兩個步驟:第一步為亞硝化過程,由亞硝酸菌將氨氮轉化為亞硝酸鹽;第二步為硝化過程,由硝酸菌將亞硝酸鹽進一步氧化成硝酸鹽。反硝化作用是將硝酸鹽和亞硝酸鹽還原成氣態氮的過程, 是由一群異養型微生物在無分子態氧的條件下進行的。
2 MBR處理工藝
2·1 MBR工作原理
MBR技術首先通過活性污泥來去除水中可生物降解的有機污染物,然后采用膜組件強制截 留生物反應器中的活性污泥以及絕大多數的懸浮 物,實現凈化后水和活性污泥固液分離,由此強化 了生化反應,提高了污水處理效果和出水水質。 MBR處理中試工藝流程見圖1。
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2·2 MBR處理工藝特點
1)處理效率高,出水可直接回用。由于中空 纖維膜對生化反應器的混合液具有高效的分離作 用,可徹底將污泥與出水進行分離,故可使出水的 SS及濁度接近于零。同時由于活性污泥的損失 幾乎為零,使得生化反應器中的活性污泥濃度可 比傳統工藝高出2~6倍左右,大大提高了脫氮能 力。
2)系統運行穩定、流程簡單、設備少、占地面 積小。由于MBR技術的活性污泥濃度高,因此裝 置的容積負荷大;對進水波動的抗沖擊性能好,運 行穩定。此工藝除了可大大縮小生化反應器—曝 氣池的體積,使設備和構筑物小型化以外,甚至可 以省去初沉池,也不需要二沉池,就使得系統占地 面積減少。
3)污泥齡長,剩余污泥量少。當污泥濃度 高,而進水負荷低的情況下,系統中營養與微生物 比率(F/M)低,污泥齡變長。當F/M維持某個 低值時,活性污泥的增長接近為零,這就降低了對 剩余污泥的處理費用。
4)操作管理方便,易于實現自動控制。由于 膜分離可使活性污泥完全截留在生物反應器中, 使得生物反應器中的水力停留時間(HRT)和污泥 停留時間(SRT)是完全分開的,故可靈活、穩定地 加以控制;同時,非常易于實現自動控制,提高了 污水處理的自動化水平。
3 MBR處理工藝試驗
3·1 試驗過程
1)養生馴化階段。將所需處理的廢水用泵 提升從試驗裝置的進水端開始,充滿試驗裝置,然 后停止進水,打開曝氣,并投加活性污泥菌種,在 控制合適的溶解氧、pH值、水中氮和磷等營養物 質的環境下悶曝養生5d;小流量進水,置換裝置 內已有的水質,在污染物濃度不高的情況下,對已 成長的微生物進行培養和馴化,使之適應所處理 廢水的環境,馴化時間為15d。
2)穩定處理階段。馴化15d后,逐漸調整進 水量由小到大逐漸遞增,水力停留時間達12h時, 進水量為1m3/d。控制進水量保持在1m3/d,調 整氣水比為8∶1,運行15min停止出水沖洗2min,穩定運行。穩定處理時間為12d。
3)正常運行階段。穩定處理階段過后,開始進入正常運行階段,繼續穩定進水量為1m3/d,保持水力停留時間在12h,水氣比控制在8∶1,同時調整運行9min停止出水沖洗3min。每天對處理工藝各取樣點進行定時取樣,分析水中污染物含量。
3·2 試驗結果
馴化階段試驗裝置進、出口NH3—N和COD控制指標檢測結果見圖2和圖3。 穩定處理階段試驗裝置進出口NH3—N和 COD檢測結果見圖4和圖5。
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正常運行階段試驗裝置進、出口NH3—N和 COD控制指標檢測結果見圖6和圖7。
正常運行階段NH3—N和COD處理效果見圖 8。
3·3 結果分析
由圖2~7的試驗結果來看,MBR處理工藝 對氮肥行業廢水中COD處理效果明顯,其生化菌 種養生馴化階段較短,從第3天即顯現穩定的效 果;穩定處理階段、正常運行階段均能保持較高的 COD去除率,去除率基本在90%以上;出口COD 平均控制在30mg/L以下。
而對于NH3—N的處理,其生化菌種養生馴 化階段時間較長,NH3—N的處理效果不穩定,在穩定處理階段、正常運行階段能滿足要求,去除率 78%左右,基本達到排放標準:出口NH3—N平均 控制在2mg/L以下。
4 結論
1) MBR處理工藝對氮肥行業廢水中COD處 理效果明顯,去除率基本在90%以上;NH3—N處 理效果不十分穩定,去除率78%左右,基本達到 排放標準。出水清澈透明、無異味。
2) MBR運行初期,在較低的壓力下就能獲得 較高的膜通量,但長期運行膜通量就會下降到一 個較低的水平,故而在實際操作過程中要注意膜 阻力和膜通量的變化,及時進行沖洗和維護以達 到較好的工作狀態。
3) MBR相對成本較高,運行過程中對操作、 維護有一定的要求;工程上采用這種組合工藝,也 必須要考慮到污水含油造成的膜污染問題,這在 一定程度上影響了該工藝的推廣。
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