MBBR工艺对制革废水进行深度处理的试验研究孙蓉

科技信息2008年第31期SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION工况121.531.713.38.2410.4工况224.763.513.37.5420.8工况325.5127.313.37.1241.6工况427.7190.913.36.6462.4工况529.031.713.33.3510.4工况629.031.726.77.460.50.2工况728.863.526.77.4910.4编号水温(℃)水量(L/d)填充率(%)DO(mg/L)填料表面负荷(g/m2·d)CODcrNH3-N0.引言移动床生物膜反应器（MovingBedBiofilmReactor，MBBR）是20世纪80年代后期出现的一种新型生物膜反应器。当生物填料在反应器内悬浮、上下翻滚并相互碰撞时，也使附着在填料上的微生物得以与污水进行充分的接触，从而达到处理污水的目的。移动床生物膜反应器的核心是生物膜填料（载体）单元，它为微生物的吸附生长提供了充足的表面积。填料的填充率可依据具体的水质情况而定，一般为30%~60%。近些年来，国内外越来越多的人对MBBR工艺在生活污水以及工业废水方面的应用进行了深入的试验研究，均取得了不错的进展。本试验是在某皮革集控区的污水处理厂内进行的，该厂的污水主要来自皮革集控区内9家企业的制革废水以及各自排放的生活污水（比例约为9：1）。试验的进水取自污水厂内的二沉池出水，代表了污水厂内生化处理工段的出水，一般情况下水质情况如表1所示。表1进水水质Table1Thecharacteristicsoftheinfluent1.试验介绍1.1工艺流程试验工艺流程如图1所示。来自二沉池的出水泵至调节桶内（1000L），起均化水质的作用；通过蠕动泵控制进水水量，将调节桶内的污水泵至MBBR反应器中。反应器为连续进水、连续出水装置，并采用穿孔曝气管底部曝气。出水溢流至厂区下水管中。图1工艺流程图Fig.1Photoofflowprocesschart.1.2试验设备试验用移动床生物膜反应器（MBBR）是一个直径30cm，高2m，有效容积106L的有机玻璃桶。由于试验所在场地及试验所用有机玻璃桶材质的限制，反应桶有效水深为1.5m，而在一般情况下，如无其他特殊要求，设计水深一般为5-6m，这样能更好的保证传氧效率。1.3悬浮填料试验所采用的填料由AnoxKaldnesGlobal提供，为K1型悬浮填料（直径9.1mm，高7.2mm，填料的比重界于0.96-1.30之间，比表面积450m2/m3，中国专利ZL95192761.2）。由于填料自身的运动，水流的冲刷以及相互间碰撞等作用的影响，致使填料的表面很难生长生物膜，而是主要生长于填料的内部结构中，如图2所示。1.4试验方法悬浮填料进行自然生物挂膜，在挂膜初期采取静态闷曝法，培养温度约为17-20℃，每天进水6小时，其余时间闷曝。待填料内部的生物膜成熟，同时CODcr及NH3-N去除率稳定以后，针对悬浮填料对制革废水的处理能力进行了相关的试验研究。图2挂膜后的K1型悬浮填料Fig.2Photoofthedomesticatedsludgeinbiofilmcarrier.本次试验共分七个工况，各个工况的具体运行参数见下表。表2各工况运行参数Table2Mainparametersindifferentoperatingconditions1.5水质分析每天早晨8点左右取样，进水样为调节桶内混合均匀后的水样，出水样为MBBR反应器出水沉淀2h后的水样；若采用混凝沉淀法，则加药（聚铝）混凝沉淀后静置15min采集上清液作为出水水样。分析方法：CODcr采用重铬酸钾法，NH3-N采用纳氏试剂分光光度法，TN采用过硫酸钾氧化紫外分光光度法，DO采用HACHHQ30d型溶氧仪测定。2．运行效果及分析2.1对CODcr的去除效果七个工况下CODcr的进出水浓度值，以及CODcr的总去除率曲线如图3所示。从上图中工况1-2可以看出，负荷较低时，出水自然沉降后的CODcr浓度值表现的很不稳定，有时甚至会高于进水浓度值。分析原因MBBR工艺对制革废水进行深度处理的试验研究孙蓉吉宏李影辉（东南大学土木工程学院江苏南京210096）【摘要】采用MBBR工艺对制革废水进行深度处理，研究结果表明：MBBR工艺具有良好的生物硝化效果。由于制革废水中含有约200mg/L的难降解CODcr，这使得CODcr的总去除率只能维持在30%左右。当填料填充率为13.3%，CODcr填料表面负荷为1gCOD/m2·d，氨氮填料表面负荷为0.4gNH3-N/m2·d时，CODcr，NH3-N以及TN的去除率分别达到27.4%，79.1%和32.3%。【关键词】制革废水；移动床生物膜反应器；深度处理；悬浮填料StudyontheuseofMBBRTechnologyforAdvancedTreatmentofTanneryWastewaterSUNRong,JIHong,LIYing-hui(DepartmentofCivilEngineering,SoutheastUniversity,Nanjing210096,China)【Abstract】UseofMBBRtechnologyforadvancedtreatmentoftannerywastewater.TheresultshowsthatfavorableeffectofbiologicalnitrificationcanbeobtainedinMBBR.About200mg/LoftheinfluentCODcrwasfoundtobenon-biodegradable,whichmadethetotalremovalefficiencyofCODcrcanonlyuptoabout30%.TheremovalefficiencyofCODcr,NH3-NandTNreach27.4%,79.1%and32.3%respectivelywhenthesuspendpackingstuffingrate13.3%andtheapparentloadingindexoffillingmaterialforCODcris1g/m2·dandforammoniumis0.4g/m2·d.【Keywords】tannerywastewater;movingbedbiofilmreactor;advancedtreatment;suspendedcarrier项目pHCODcr(mg/L)NH3-N(mg/L)TN(mg/L)SS(mg/L)二沉池出水7-8200-40060-150100-30050-250○科教前沿○374科技信息2008年第31期SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION可能有以下两点：（1）低设计负荷时，进水量小，填料表面生物量较少，形成的生物膜相对较薄，同时由于曝气强度较大，使得脱落下来的生物膜会因为曝气的作用而被冲刷的更为细小，从而很难沉降。试验的出水水样为沉淀池出水自然沉淀2h后的上清液，这时水中细小的膜污泥还没有得到彻底的沉降，因此导致出水CODcr偏高；（2）试验所用的二沉池出水水质存在一定的波动性。负荷较低时，污水在反应器内的停留时间相对较长，进水水质需要很长时间才能影响到出水水质。因此，进水CODcr浓度忽然降低，出水水质并不能作出及时的反应。图3CODcr进出水浓度值及去除率的曲线图Fig.3InfluentandeffluentCODcr,andtheremovalrateforCODcr为了证实以上两个原因，我们可以采取以下两种措施：（1）合适的固液分离手段。出水增加混凝沉淀工段后，CODcr浓度值较为稳定，很少再出现进出水浓度值倒置的现象了。（2）和高负荷条件下进出水浓度值的变化进行比较。在高负荷条件下（工况3-4），由于HRT较短，出水水质能相对及时的反应进水水质的变化，因此，即使是采用自然沉降，也很少再出现进出水浓度倒置的现象。工况5-7也是在负荷较低时运行的，但与工况1和2不同的是它们的出水CODcr的浓度值相对稳定。比较它们的运行条件就不难发现：工况5的DO浓度较低，曝气强度较弱，对生物膜的冲刷作用就相应的减弱，冲刷下来的膜较厚且具有良好的沉降性能，因此，在同一设计负荷时，低DO条件下自然沉降后的出水CODcr值就较为稳定。工况6和7的填料填充率均为工况1时的两倍，由于填料填充率的增加，一方面也会减弱曝气强度对其的冲刷，另一方面，明显增加了反应器内的生物量，从而提高了污泥的沉降性能。从图3中还可以看出，除去进水浓度值本身低于200mg/L的情况外，无论采用多低的负荷，进水CODcr都很难被降至200mg/L以下。事实上，R.Ganesh等[1]通过研究发现：制革废水的进水CODcr中约有17%-21%是不能生物降解的。这与本文出水的CODcr浓度是相符的。这也是为什么在极低的表面负荷下，即使采用了加药混凝，CODcr的去除率仍然只能维持在10%-30%之间的一个重要原因。2.2对NH3-N的去除效果七个工况下NH3-N的进出水浓度值，以及NH3-N的总去除率曲线如图4所示。图4NH3-N进出水浓度值与去除率的关系曲线Fig.4InfluentandeffluentNH3-N,andtheremovalrateforNH3-N从图4中工况1-4可以看到，随着设计负荷的增加，出水氨氮的浓度也不断增加，去除率随之下降。比较工况1和工况5不难发现，DO对氨氮的去除效果具有很大的影响，其氨氮的平均去除率从78.9%下降至36.3%，约下降了一半。而对比工况1和工况7可以看到，氨氮平均去除率从78.9%下降到74.1%，相差并不明显，而工况7的去除率却要比工况1条件下稳定很多，可见，填料填充率的增加导致的生物量的增加，对无论是CODcr还是氨氮的出水稳定性都起到了极为重要的作用。工况6的平均氨氮去除率为78.4%，与工况1相比也更为稳定，虽然负荷降了一半，但是去除效果上并没有体现出更大的优势。分析出水水质的其他数据后发现，工况1，6，7的出水pH值均为5左右，而硝化细菌生长的适宜酸碱度环境为6.5-8.0[2]，此时，碱度问题已经成为制约出水氨氮值进一步降低的关键因素了。如果此时再投加适量的碱度，应该有助于出水氨氮值的进一步降低。而对比图4中出水自然沉降与混凝沉淀后的效果可以看到，混凝沉淀对于氨氮的去除几乎没有影响。这说明，水中的氨氮几乎都是以溶解态的形式存在，而混凝沉淀对于这种形式下的氨氮起不到去除效果。2.3对TN的去除效果七个工况下TN的进出水浓度值，以及TN的总去除率曲线如图5所示。图5TN进出水浓度值与去除率的关系曲线Fig.5InfluentandeffluentTN,andtheremovalrateforTN从图5中工况1-4的比较中不难发现，TN的规律与氨氮的十分相似，去除率随着负荷的不断增加而降低，在工况1时的TN去除率最高，平均TN去除率约为32.3%；而在工况4时TN的去除率最低，平均TN去除率约为17.1%。原因分析如下：（1）这部分TN的降低主要来自于反硝化。事实证明，MBBR的反应器中是存在同步硝化反硝化反应的[3-5]，而反应器内水质的pH偏酸，在5-6的范围内，也较适合反硝化菌的生长，因而，TN的减少很大一部分应该就是反硝化所造成的。（2）对照氨氮的去除效果，当负荷为0.4gNH3-N/m2·d时（工况1），其氨氮的去除率是最高的，换句话说，其硝化效果是最好的，这就为反硝化提供了充足的硝态氮以及亚硝态氮。因而与氨氮的去除规律类似，在工况1时的TN去除率也是最高的。工况5的TN去除效果仅次于工况1，平均TN去除率为22.1%。可见，与DO产生的影响相比，负荷是更为重要的制约因素。这可能是因为负荷的高低直接影响到氨氮的去除效果，即硝态氮与亚硝态氮的产生，从而对反硝化反应进行的效果产生了直接而显著的影响。工况6和工况7的填料填充率为工况1的两倍，在氨氮的去除率图