上流式厭氧污泥復合床-膜生物反應器處理垃圾滲濾液
摘要： 研究 了厭氧污泥復合床(UASCB)-序批式膜生物反應器(SMBR)串聯工藝處理垃圾滲濾液的工藝性能和 影響 因素。結果表明，厭氧段對整個系統的調節作用表現在兩方面：(1)可以提高膜生物反應器內硝化菌活性;(2)可以明顯提高垃圾滲濾液的可生化性，提高幅度為15.2%。該工藝所能適應的COD/NH4+-N范圍在2.5～12。
關鍵詞：垃圾滲濾液 厭氧污泥復合床 序批式膜生物反應器
垃圾在堆放填埋過程中，由于厭氧發酵、有機物分解、雨水沖淋及地下水浸泡會產生多種代謝產物和水分，形成滲濾液。研究表明[1]，垃圾滲濾液中含有種類繁多的有機污染物，其中相當數量屬于難降解的有毒污染物。由于滲濾液的特殊水質特征，采用常規的生物處理工藝往往難以達到理想的處理效果。在此，對厭氧污泥復合床(UASCB)-序批式膜生物反應器(SMBR)串聯工藝處理垃圾滲濾液進行了試驗研究，探索了在不同的工藝操作條件下垃圾滲濾液的生物降解效率，為垃圾滲濾液的降解提供了一定的依據。
1 材料與 方法
1.1 垃圾滲濾液水質特征
垃圾滲濾液水樣取自昆明市西郊垃圾填埋場的滲濾液蓄水池，水質特征：COD平均濃度為9100 mg/L;NH3-N平均濃度為870 mg/L;pH為7.8;感觀性狀為深褐色、有惡臭。
1.2 試驗系統
由集水槽、進水泵、流量計、蓄水槽、潛水泵、UASCB反應器、膜生物反應器、離心泵及時控開關組成，試驗總示意圖如圖1所示。
圖1 實驗流程總示意圖
1.集水槽;2.進水泵;3.流量計;4.UASCB反應器;5.蓄水槽;6.潛水泵;7.膜生物反應器; 8.離心泵
1.2.1 UASCB反應器
UASCB用有機玻璃柱制作，有效體積8 L，該UASCB的下部區域為污泥床，上部區域為填料床，可以有效阻止污泥的流失。填料直徑10 mm，高10 mm，壁厚0.6～0.9 mm，用聚丙稀復合材料注塑。厭氧反應器在(36±1)℃下運行。
1.2.2 膜生物反應器
膜組件主要技術指標為：中空纖維膜外徑450μm;內徑350μm;膜厚50μm;膜面積4 m2;平均孔徑0.1μm;產水量0.6～0.8 t/(d·m2);操作壓力≤0.3 ×105 Pa;反應器容積為40 L。試驗過程中檢測項目為COD、NH4+-N、NO3--N 、NO2--N 、pH、水溫、污泥濃度。檢測方法均為標準方法。
2 結果與討論
2.1 系統啟動
2.1.1 UASCB的啟動[2]
厭氧微生物特別是甲烷菌增殖緩慢，馴化需要較長的時間。本試驗厭氧污泥取自昆明市第四污水處理廠硝化池，污泥濃度為7000 mg/L左右。首先進行厭氧污泥的靜態間歇培養，溫度控制在(36±1) ℃左右，pH為6.8～7.4，每天棄去上清液，并投加人工配制的葡萄糖營養液，C:N:P=100:5:1，COD濃度控制在1000 mg/L，經過一周的培養，投加占厭氧反應器體積40%的厭氧污泥，進行葡萄糖-滲濾液連續進液馴化，開始負荷控制在0.5 kgCOD/(m3·d)，通過一次性投加碳酸鈉/碳酸氫鈉調節pH不低于6.5。運行30 d后，COD的去除率達到25%左右，再逐步增加負荷。60 d后COD的去除率達到35%以上，測反應器底部污泥濃度達到6300 mg/L，至此認為啟動成功。
2.1.2 SMBR的啟動
接種污泥取自昆明第四污水處理廠二沉池。先采用人工配水，然后逐步投加厭氧出水，溫度控制在35 ℃左右，經過20 d 的馴化培養，污泥濃度達到6000 mg/L左右，一個運行周期為4 h，依次為進水、攪拌、好氧曝氣、厭氧和抽吸5個階段，好氧曝氣2.5 h，厭氧1.5 h。
整個系統運行40 d，得到較穩定的COD及NH4+-N的去除率，分別穩定在91.0%～94.0%和79%～84%，馴化基本成功。
2.2 整套工藝的運行效果
本階段進水濃度分別經歷了10、8、6、5、4倍5個稀釋比的變化。進水水質見表1。
表1 串聯工藝進液水質情況
|
時間/d |
進水氨氮/mg·L-1 |
進水COD/mg·L-1 |
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1～10 |
78.13～86.66 |
896.32～912.77 |
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11～21 |
95.24～117.69 |
1113.32～1181.68 |
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22～29 |
134.32～146.92 |
1520.75～1553.14 |
|
30～40 41～60 |
151.31～173.18 208.65～232.79 |
1796.31～1827.48 2141.56～2328.23 |
2.1.1 厭氧反應器的COD降解情況
圖2表示厭氧反應器的進出水COD以及去除率關系。厭氧反應器運行經歷了兩個階段，前40 d，進液流量為1 L/h，厭氧停留時間為8 h，COD降解率基本上在25%以下，本階段厭氧段對整個工藝COD的降解貢獻不大，可以認為厭氧反應主要停留在“水解酸化”階段。40 d以后，通過減小進液流量，將厭氧反應器的HRT增加到14 h，COD降解率可達到45%。
圖2 厭氧反應器COD降解情況
2.2.2 整套工藝運行效果
圖3表示整套工藝進水NH4+-N、出水NH4+-N、NO3--N 、NO2--N 以及COD的降解率隨時間的變化情況。
圖3 整套工藝運行效果
本階段試驗說明了厭氧段進行到不同程度對膜生物反應器脫氮效率有不同的影響。在第10 d時，由于曝氣裝置出現故障，出水氨氮出現暫時性升高，但很快恢復。當系統穩定運行到35 d時，進水NH4+-N達到162.7 mg/L，進水COD為1813.3 mg/L，此時出水NH4+-N開始上升，最高達到37.8 mg/L，說明硝化能力受到抑制。這是由于降解COD的異養菌抑制了硝化菌的活性。從第40 d開始，將厭氧反應器的HRT延長到14 h，降低膜生物反應器的COD負荷，硝化能力逐漸恢復，第46 d時出水NH4+-N又降到10 mg/L左右。由此可看出，厭氧反應器對系統穩定運行有很好的調節作用。另外，由圖3還可看出系統的COD去除率、反硝化能力比較穩定。
2.3 COD/NH4+-N對整套工藝處理效果的影響
C/N比對微生物的生長和有機物的降解有重要影響。原水C/N比大約在10左右，可以看出在以上試驗條件下，系統有較好的降解有機物和氨氮的能力。本階段通過向5倍稀釋的原水中適當投加NH4HCO3和葡萄糖來改變C/N比，考察系統的處理能力。由圖4可以看出，本套工藝可以適應較寬的C/N比范圍。C/N比過大，則厭氧反應器緩沖，不至于對硝化菌過于抑制。C/N比過低，即氨氮負荷過高時，可發揮膜生物反應器特有的優勢(對硝化菌的截留作用)，在C/N比為2.5時，進水NH4+-N已達到727.61 mg/L，COD和NH4+-N
的去除率分別在84.64%和81.21%，這一NH4+-N負荷已遠高于懸浮式硝化反應體系。
2.4 厭氧段對垃圾滲濾液可生化性的貢獻
續批式膜生物反應器中也出現厭氧狀態，但厭氧的強度，停留時間還遠遠不夠。前面的UASCB段將滲濾液厭氧酸化，從厭氧降解三階段 理論 來 分析 ，水解酸化階段反應速度快，且酸化細菌適應能力強，經過充分厭氧酸化的滲濾液，后續降解更加容易，而且可減少有毒物質的 影響 。 研究 采用膜生物反應器中垃圾滲濾液的COD的去除率與好氧進水COD的比值△COD/CODin(令其為θ)來衡量可生化程度[3]。對比了經過UASCB和未經UASCB處理的垃圾滲濾液在膜生物反應器中COD的降解難易程度(控制膜生物反應器進水濃度及其他參數大致相同)，運行結果見圖5。
圖4 C/N對系統性能的影響
圖5 厭氧段對垃圾滲濾液可生化性的貢獻
由圖5可看出，當兩種情況下進液COD控制在1581.25～1700.27 mg/L時，經厭氧處理θ值在0.89～0.93，而未經厭氧處理θ值在0.76～0.81，即經厭氧處理后，垃圾滲濾液可生化性參數θ平均提高了0.12，提高幅度為15.2%。試驗結果表明，UASCB-SMBR串聯工藝，厭氧段明顯地提高了垃圾滲濾液的可生化程度，使后續處理更加容易，SMBR是厭氧段的修飾和系統總處理效果的保障。
3 結 論
(1)厭氧段對整個系統的調節作用表現在兩方面：(1)當進水COD過高時，異養菌過度增殖會抑制硝化菌活性，此時增加厭氧反應器停留時間，可以使膜生物反應器內硝化菌恢復活性;(2)厭氧段可以明顯提高垃圾滲濾液的可生化性，提高幅度為15.2%，為后續處理降低難度。
(2)本套工藝可以適應較寬的C/N比范圍。
(3)該系統具有容積負荷高、抗沖擊能力強、運行穩定可靠、能耗低等特點，為垃圾滲濾液這類難降解廢水提供了一種解決方案。
參考 文獻
1 何厚波，鄭金偉，徐 健.生活垃圾填埋場滲濾液生物處理技術及 應用 .環境 科學 與技術，2003，26(5)：52～54
2 賀延齡.廢水的厭氧生物處理.北京： 中國 輕 工業 出版社，1998.130～134
3 李 平，韋朝海，吳超飛，等.厭氧/好氧生物流化床耦合處理垃圾滲濾液的新工藝研究.高校化學工程學報，2002，16(3)：345～350
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