膜生物反应器处理纺丝废水的实验研究

第圆8卷第6期圆园园9年12月天津工业大学学报允韵哉砸晕粤蕴韵云栽陨粤晕允陨晕孕韵蕴再栽耘悦匀晕陨悦哉晕陨灾耘砸杂陨栽再Vol.28No.6December2009膜生物反应器处理纺丝废水的实验研究王旭1，崔晓芳2，戴海平1，2，范云双1，2（1.天津工业大学中空纤维膜材料与膜过程教育部重点实验室，天津300160；2.天津工业大学膜天膜工程技术有限公司，天津300160）摘要：采用厌氧-缺氧-MBR工艺处理纺丝废水，并考察该工艺的处理效果援结果表明，纺丝废水进水CODCr质量浓度在6730mg/L左右，出水CODCr最低平均质量浓度为466mg/L，CODCr去除率达到90%援实验同时表明，按照实验中设定的控制条件系统能够稳定运行援但由于废水含有大量氮元素以及反应器内菌群的抑制作用，实验产水氨氮浓度较高，平均质量浓度为294mg/L援关键词：纺丝废水；膜生物反应器；活性污泥中图分类号：TS102.528.1曰X783.4文献标识码：A文章编号：员远苑员原园圆源载（圆园园9）园6原园园11原园4ExperimentalstudyofspinningwastewatertreatmentbyusingMBRWANGXu1，CUIXiao-fang2，DAIHai-ping1，2，FANYun-shuang1，2（1.KeyLaboratoryofHollowFiberMembraneMaterialsandMembraneProcessofMinistryofEducation，TianjinPolytechnicUniversity，Tianjin300160，China；2.MotianMembraneEngineeringandTechnologyCompany，TianjinPolytechnicUniversity，Tianjin300160，China）Abstract：Theprocessofhydrolyticacidification-anoxic-aerobicMBRisusedontreatmentofspinningwastewater，aswellasthetreatmenteffectofthisprocessisstudied.TheresultsshowthattheinfluentCODCrisabout6730mg/L，andtheeffluentCODCrisabout466mg/Linaverage.TheremovalrateofCODCrreaches90%，whichmeanstheprocesscanremovetheorganicpollutantsefficiently.Theexperimentsalsoshowthatthesystemcanrunsteadilyunderthecontrolconditionssetinexperiment.Buttheammoniaconcentrationofef原fluentiswithahighvalueof294mg/Linaverage，becauseofthehighconcentrationofnitrogenelementandtheinhibitoryeffectofmicroorganisminreactor.Keywords：spinningwastewater；MBR；activatedsludge收稿日期：2009-07-24基金项目：天津市市长基金资助项目渊07FDZDSH02000冤作者简介：王旭（1983—），男，硕士研究生；戴海平（1964—），女，研究员，导师.E-mail：[e-mail]膜生物反应器（MBR）是一种膜分离技术与传统活性污泥法有机结合而成的新型污水处理工艺援因其采用膜组件完成泥水分离的操作，所以不受传统活性污泥法丝状菌膨胀、泛泥等污泥性状恶化的影响，故具有较强的适应性；另外其占地面积小，产泥率低，已在众多领域得到广泛应用[1-5]援湿法纺丝是一种常用的化学纤维纺丝法，现主要用于聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇纤维等合成纤维、粘胶纤维和铜氨纤维等人造纤维的生产援湿法纺丝过程中，凝固浴和其他生产工序会产生大量高浓度、难降解的废水援本实验所处理的废水取自天津经济技术开发区某公司化纤生产废水援该厂在纺丝过程中产生的废水浓度高、难处理，主要污染物含有二甲基乙酰胺（DMAC）和少量甘油以及其它无机成分援目前，针对含DMAC纺丝废水的专项治理研究的报道还非常少，尤其是采用活性污泥法处理纺丝废水的研究鲜见报道援本实验研究了采用厌氧-缺氧-MBR工艺直接处理纺丝废水的可行性，以及在不同的工况条件下MBR工艺的处理效果，试图为将来工程扩大提供技术参数和操作经验援1实验部分1.1原水水质实验采用天津某公司生产废水援由于一些生产工PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建卷序间歇运行，排放的废水污染物浓度波动很大援经连续监测，观察到CODCr在280~16000mg/L之间波动，平均值为6730mg/L；氨氮在6.08~37.8mg/L之间波动，平均值为19.9mg/L援总排水口其他水质指标见表1.1.2实验设备及工艺流程1.2.1实验设备（1）自行设计的水解酸化-缺氧-好氧一体式膜生物反应器，采用聚氯乙烯（UPVC）材料制造，储水罐有效容积为500L，水解酸化池242L，缺氧池313L，曝气池419L，产水膜池202L，整体有效容积1176L援水解酸化池内悬挂软性填料；产水膜池内置帘式膜组件援实验装置如图1所示援其中，供水泵、产水泵各1台，均为DP-130高压隔膜泵；搅拌和回流泵2台，为WB50/037粤华牌不锈钢型离心泵；曝气装置2台，为ACO-012电磁式空气泵；自动控制系统为一套集中安装在电器控制柜中的PLC系统组件，主控制系统主要实现进出水控制、液位的自动控制、曝气装置与电磁阀的联动控制；计量系统包括空气流量计和液体流量计援（2）本实验采用天津膜天膜科技有限公司生产的聚偏氟乙烯（PVDF）中空纤维微滤膜援膜丝微孔孔径为0.2滋m，纤维内外径分别为0.6mm和1.1mm，有效面积为1m2援1.2.2实验工艺流程废水原水经蠕动泵进入酸化池，在厌氧产酸菌的作用下酸化降解，然后溢流至缺氧池，在缺氧池内和膜池回流的污泥充分接触，再溢流入曝气池援曝气池底部设有微孔曝气装置，废水中有机物除被吸收作为形成活性污泥的营养源外，同时也在微生物的作用下分解为CO2和水援低浓度的废水最后潜流至膜池，经泵抽吸流出，而活性污泥在中空纤维膜的截留作用下留在膜池，其中一部分由回流泵输送至缺氧池援1.3实验方法实验原水每天按照固定时间采自工厂总排水口集水井，然后贮存于储水罐内，经泵注入实验设备内援运行期间原水的pH值用NaHCO3调节，保持在7左右援生化曝气量的确定通过前期摸索，设定为经验值，使曝气池的溶解氧稳定在1~4mg/L之间，并每天多次测量溶解氧，适时调整气量援吹扫曝气按气水比15颐1进行设定援曝气池污泥质量浓度维持在4000mg/L左右援污泥回流按回流比3颐1设定援实验过程中，仅少量几次排泥援整个实验按产水量的不同可先后分为两个工况援两个工况的具体流量和停留时间如表2所示援1.4水质分析方法测定项目和所采用的测试方法均依照国家环保局颁布的标准方法进行测定：CODCr采用重铬酸钾法；混合液悬浮固体浓度（MLSS）采用105益干燥减重法；氨氮采用纳氏试剂分光光度法，所用仪器为UV-2450紫外/可见分光光度计；溶解氧、浊度和pH分别使用WTW-OX315型溶氧仪、2100N型浊度计和pHS-25型精密pH计直接读取援2结果与讨论2.1系统对有机物的去除效果使用总排水口的废水进行实验包括两个工况，共98d，前78d设定产水流量10L/h，后20d设定产水流量8L/h援受工厂生产工艺的影响，原水污染物浓度很不稳定，CODCr在2000~16000mg/L之间波动，平均值为6730mg/L援不稳定的进水给活性污泥的培养和出水水质均造成影响援本系统对总排水口废水的CODCr排除效果如图2所示.由图2可以看到，受此影响，实验进行前期出水表1原水水质Tab.1Rawwaterqualityparameters指标数值COD6730mg/LBOD3925mg/L氨氮19.9mg/L浊度223NTUpH6.4电导731滋S/cm图1实验设备Fig.1Experimentalequipment表2实验期间各个工况主要控制参数Tab.2Maincontrolparametersofeachconditioninexperiment实验产水量/渊L窑h-1冤膜通量/渊L窑m-2窑h-1冤曝气量/渊m3窑h-1冤水力停留时间渊HRT冤/h总时间水解酸化缺氧好氧工况一10101.1-2.9112243142工况二881.2-3.0147303952储水罐进水泵搅拌泵水解酸化池溢流溢流污泥回流缺氧池鼓风机产水产水泵微孔曝气曝气池产水膜池吹扫曝气搅拌回流泵填料12——PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建很不稳定，直至进行到第50d时，出水CODCr才趋于平稳并逐渐降低援实验进行到68d时，出水CODCr开始稳定到最低值援此时平均出水CODCr466mg/L，去除率达到93.08%援实验进行至第79d时，调整出水流量为8L/h，以期通过提高废水在系统里的停留时间来提高处理效果援但实验结果表明，停留时间的增加并没有显著改善处理效果，但由于进水负荷的改变，影响了适应菌群的活性，导致出水CODCr升高，平均出水CODCr质量浓度为554mg/L援2.2有机物的沿程变化实验中COD的沿程变化如图3所示.由实验中CODCr的沿程变化情况可以看到，废水经水解酸化后，CODCr略有增高援这是由于废水中一些难降解的有机物在CODCr测试中没有表现出来，经水解酸化后，变成能够测量的有机物，故造成CODCr浓度上升援由图3还可以看到，废水进入缺氧池后，CODCr迅速下降援这是因为除了在缺氧段部分有机物被去除外，去除有机物较多的好氧段的污泥混合液还以3颐1的比例回流至缺氧段，使得这两个工段的CODCr浓度下降明显援最后，废水经膜过滤排出时，由于膜丝的截留作用CODCr再一次略微降低援图3还标示了以进水CODCr为单位浓度，沿程各工序中CODCr的剩余量，可以看到，最终CODCr的去除率达到了90%援2.3系统对氨氮的去除效果实验中氨氮的变化情况如图4所示.由图4可以知道，进水的氨氮浓度在10.6耀28.4mg/L之间波动，平均值为19.9mg/L援出水氨氮浓度最高为456mg/L，最低为100.2mg/L，平均值291.4mg/L援进水氨氮低于出水氨氮，这是因为原水中的氮元素主要是以有机氮化合物形式存在的，通过系统内的氨化作用，氮元素由复杂的含氮化合物形式仅转化为以氨氮形式存在，没有进一步脱氮产生氮气援造成氨氮去除率低的原因是由于硝化反应受到抑制援在本实验中，温度、pH、溶解氧、碱度等都不是硝化作用的抑制因素援而已有研究[6-7]表明，过高的进水COD会影响硝化反应的顺利进行援研究发现，硝化菌是自养菌，有机基质浓度并不是它的增殖限制因素，若COD值过高，将使增殖速度较快的异养型细菌迅速增殖，从而使硝化菌不能成为优势种属，进而抑制了硝化作用援由于硝化作用受到抑制，反硝化作用也受到影响，最终使得氨氮的去除率较低援2.4产水浊度变化情况产水浊度变化如图5所示.180001600014000120001000080006000400020000运行时间/d图2总排水口废水的CODCr去除效果Fig.2RemovalefficiencyofCODCrofsewageoutfall原水酸化池曝气池产水缺氧池膜池800070006000500040003000200010000图3试验中CODCr的沿程变化Fig.3Variaio