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中国化学会第七届水处理化学大会暨学术研讨会论文集PAC一MBR应用于经吹脱法预处理的垃圾渗滤液谢晓慧’`’吴成强’扬敏’姚春丽’l中科院生态环境研究中心环境水化学国家重点实验室,北京100085:2北京林业大学材料技术与科学学院,北京10083摘要:对比研究了投加粉末活性炭(PAC)对膜生物反应器(MBR)处理垃圾渗滤液时硝化性能的影响。结果表明:吹脱法预处理垃圾渗滤液后在进水中引入了高浓度50户,抑制了氨氮的彻底氧化,PAC能够有效地降低有毒物质对MBR内亚硝酸盐氧化菌的抑制作用。pH8.7时,氨氮氧化不彻底,反应器内出现NOf积累;当pH=7.6一8.2时,添加PAC的MBR反应器中的亚硝酸盐氧化菌能够迅速恢复活性并大量繁殖,最终将氨氮彻底氧化,而没有添加PAC的MBR中的氨氮氧化过程仍然停留在亚硝化阶段。吹脱法预处理引入的高浓度s时一是抑制亚硝酸盐氧化菌的重要因素,同时,Nof的彻底氧化还与微生物代谢产物多聚糖含量密切相关;添加PAC后,MBR反应器内多聚糖含量增加,但其对该系统硝化性能的影响相对较小。关键词:MBRPAC渗滤液硝化垃圾渗滤液的特点是高氨氮、高pH,有机物生物可降解性差,往往含有生物抑制性物质,这些特点尤其对自养菌影响更大,如何提高处理渗滤液的硝化效率是一个需要研究的问题【’刀。膜生物反应器(MBR)作为一种新型高效的污水处理工艺己经广泛应用于小规模污水处理,其膜组件可以截流生长缓慢的硝化菌,使之得以富集,可以提高系统硝化效率31[。因此,MBR用于处理成分复杂的垃圾渗滤液时,可以在高硝化菌浓度下获得较好的系统总硝化效率。F汤了et和L刀ai等人研究发现在微生物处理系统中添加粉末活性炭可以提高有机污染物去除率和硝化效果,然而,以C在MBR反应器处理渗滤液中的研究报道甚少,尤其是PAC对渗滤液处理过程中硝化作用的影响有必要进一步研究卜6]。本文通过PAC和MBR反应器组合处理经过吹脱法预处理的渗滤液,研究了PAC在渗滤液处理的硝化过程中的作用,并对硝化的影响因素进行了深入探讨。1.试验装置与方法1.1试验工艺流程本试验采用了两套浸没式一体式膜生物反应器,其中一套反应器(MBR)I内投加2幼PAC;另一反应器(MBZR)内不投加PAC。微滤膜采用聚乙烯中空纤维膜,孔径为0.1阿,膜面积为.02扩。表l连续试验条件试验阶段运行时间/d进水PHS吹脱预处理且硫酸调节pHI0一40.7一9.3II41·497.6一8.2采用11150一687.3一7.7W69一838.2一8.9取消原水由进水泵从原水箱给入吹脱塔,采用硫酸调节pH并稀释四倍后再进入MBR反应器内,在反应器内停留一段时间后在抽吸泵的抽吸作用下形成膜过滤出水。膜出水为间歇方式,时间继电器控制抽吸时间为6而n,停1而n。液位计控制进水泵的开停以保持MBR内中国化学会第七届水处理化学大会暨学术研讨会论文集的液位恒定。MBR内水力停留时间(I丑U,)为3天,温度为常温,运行期间未人工排泥。连续试验条件控制见表l。吹脱法的试验条件:pH=12.2;吹脱温度加℃;供气强度lL/而n;吹脱时间1h2;吹脱率50%左右。价1.2试验原水水质试验原水为北京六里屯垃圾填埋场内调节池中的渗滤液,其中氨氮浓度为2000弓ooom目飞,采用吹脱法对该渗滤液进行预处理,再用硫酸调节pH,将其稀释四倍左右后进入MBR反应器。MBR进水水质见表2。表2MBR进水水质PH碱度(Caco3)lm叭CODm/叭400一650TOCm/叭130一300TNNH呜+-Nm/叭m/叭7.3一9.31500一3500250一550200一500湘一湘3分析项目及方法coD、N4H十一、pH参照废水水质监测分析方法7I];胞外聚合物(EPs)中多聚糖和蛋白质分别采用考马斯比色法和硫酸一苯酚比色法测定8[]。2结果与讨论咖r`~叫卜-.nf团Uent~刁卜~娜Rl-,,ee胭RZ~日BRI一N03一N~日BRI一N02一N~日BRZ一N03一N~日BRZ一N02一N4008006002000-J、6E、N·XO之8的的ù七月,砚J`一飞r、N。,舜000曰笼卜电口刃曰卜口,侧压曰幼卜公20406080100天数d/图1`!BR连续运行氨氮氧化结果020406080100天数图2亚硝酸盐在臼BR反应器中的积累效应2.1MBR连续运行的硝化效果由于原水可生物利用的有机物较低,因此,膜生物反应器主要具有硝化功能。MBR对氨氮的去除效果见图1和图2。反应器启动后,硝化菌能够很快适应新环境,氨氮去除速率快,能够在较短时间内被完全氧化,相比之下,投加PAC的MBRI具有更高的硝化速率。然而,此时氨氮几乎全部被氧化为N02一。考虑到高pH可能抑制了亚硝酸盐氧化菌活性,在试验第n阶段,通过硫酸调节原水pH在7.-68.2范围内。经过两三天运行,MBRI出水硝酸盐逐渐增加、亚硝酸盐逐渐降低,而在MBRZ中氨氮的氧化产物仍然主要为N02’,硝酸盐产生量非常少。在试验第nI阶段,进一步增加硫酸用量降低进水pH,然而,由于反应体系所需要的碱度不足导致反应器出水pH急剧降低,甚至降低到6以下。由此推断,pH是限制氨氮彻底氧化的一个重要因素,但它不是MBZR体系氨氮彻底氧化的主要影响因素。考虑到碱度不足和在试验过程中调节pH需要添加大量硫酸,因此,在试验W阶段停止吹脱,直接将原水稀释后进入反应器。此时,MBZR中的NOZ嘴良快被氧化,硝酸盐浓度迅速上升,氨氮最终被彻底氧化。中国化学会第七届水处理化学大会暨学术研讨会论文集第W阶段和第H阶段进水pH相当,吹脱法预处理和硫酸调节取消后,NO2.被迅速氧化。从这两个阶段的氨氮氧化产物对比说明,进水声不是影响MBZR中氨氮彻底氧化的主要原因,而是硫酸调节pH严重抑制了亚硝酸氧化菌的活性及生长,尤其对MBZR影响更大,导致氨氮氧化不彻底。采用吹脱法预处理后,渗滤液中残余氨氮需要进一步采用生物硝化处理。尽管吹脱法能够高效地处理高浓度含氨废水,但是由于需要采用硫酸调节原水pH,其必然会影响后续硝化处理效率及氨氮的彻底氧化。进水pH在.7-6.82时,添加PAC的MBRI反应器内氨氮被迅速彻底氧化,而MBZR反应器仍然停留在亚硝化阶段。这充分说明,PAC能够有效地降低有毒物质对MBR反应器内亚硝酸盐氧化菌的抑制或毒性作用,为亚硝酸盐氧化菌的生长繁殖提供适宜的生存环境,当pH条件合适时,亚硝酸盐氧化菌能够迅速生长,完成对亚硝酸盐的彻底氧化。.22硝化效率比较在试验第n阶段,MBRI内氨氮氧化彻底而MBZR中仍然无硝酸盐产生,因此,探讨了系统内的硝化菌群活性或生长情况。两反应器内硝化菌的比硝化速率结果见图3和图4。在MBRI·和MBZR反应器内,氨氮氧化产物不同,但两者比硝化速率相当,说明氨氮氧化为N仇.速率非常快,各反应器内氨氧化菌的数量相当。在MBRI内,氨氮的氧化产物为NO犷和NOZ’,其中Noz.含量在反应hl达到最高后又逐渐被氧化为NO3,农03.含量随着反应时间增加,说明MBRI内含有丰富的亚硝酸盐氧化菌,最终足以将氨氮彻底氧化。在MBZR内,几乎检测不到NO3一,其含量小于.25m叭。由于人工配制的溶液内不含有生物抑制性物质,可以证明,在MBZR反应器内几乎不含有亚硝酸盐氧化菌。由此说明,从MBZR反应器启动开始,进水中的有毒物质完全抑制了亚硝酸盐氧化菌的生长繁殖。侧叫卜一NH4一N~N02一N一侧卜一N03一N60O月呀之留、侧说N0,`尹、ón仙n甘0000.D月,,`之口侧提说024时间/h02468图3MBIR比硝化速率80「~09/I~39/l}~99/,~3692160卜时间/h图4助BRZ比硝化速率.臼BRIa从BRZ内U八“ù八U自趁月..洲.今洲产今n仙nn.价O月,价./`xl)N/。z0N价、并渔稍减减。2时间46图55042.对氨氮氧化的影响03006009001200多聚糖翔gL/图6溶解性微生物产物与NOZ’产生的关系中国化学会第七届水处理化学大会暨学术研讨会论文集2.35042-对硝化的影响吹脱法预处理渗滤液后,采用硫酸调节进水pH,进水中s时一浓度高达10叭以上,此时,MBZR始终停留在亚硝化阶段。停止吹脱法预处理后,MBZR内氨氮迅速被彻底氧化,说明s认2一对硝化的影响很大。取MBZR内完全硝化后的污泥作为接种污泥,考察不同浓度50户对硝化的影响,试验结果见图5.s认.2浓度对硝化速率影响很大,当s。户浓度从零提高到3叭时,在反应h3内,硝化速率降低了50%;当50户浓度进一步提高到9叭时,硝化速率降低了75%以上。而且,氨氮氧化产物中NoZ一所占比例也略有增加。显然,高浓度s。户能够极大地抑制硝化菌活性,阻碍硝化菌的生长繁殖。从MBR连续运行结果分析,高浓度50户对N02’的氧化影响更大。尽管吹脱法能够高效地处理高浓度含氨废水,由于采用硫酸调节原水pH,致使进水中50户浓度高于10叭,极大地降低了后续生物硝化处理效率,严重抑制硝化菌的生长,尤其抑制亚硝酸盐氧化菌的生长繁殖。可以认为,吹脱法预处理渗滤液不利于后续生物反应器启动。2鸿微生物代谢产物(SMP)对硝化的影响微生物在生长繁殖过程中产生大量的代谢产物,其主要成分为蛋白质和多聚糖。试验过程中,出水中蛋白质浓度低于3om叭,而多聚糖最高含量高达1116m叭。试验发现,蛋白质与N02一产生无关,多聚糖则与N02一产生具有很高的相关性(图6)。随着出水中多聚糖产生量增加,氨氮氧化产物Nox一(N03一+N02一)中N02一所占比例逐渐增加。在入田2R中,出水多聚糖含量为306m叭时,90%以上氨氮产物为Nq一;在MBRI中,尽管出水多聚糖含量达到了1116m叭时,No公在氨氮产物中所占比例小于80%。这说明,不含有以C的入田2R反应器的硝化过程更容易受到微生物代谢产物的影响。从多聚糖产生来看,侧旧Rl高于MBZR,说明在MBR反应器内添加PAC后更容易导致微生物代谢产物的产生及积累,这可能与PAC的吸附作用以及其在膜组件表面形成滤饼层有关,但其硝化过程受多聚糖的影响相对较小。3.结论3.1pH=8.7一.93,氨氮氧化不彻底,出现N02.积累;当pH=.76一&2时,添加PAC的卜田RI中亚硝酸盐氧化菌迅速恢复活性并大量繁殖,最终将氨氮彻底氧化;而MBZR中氨的氧化过程仍然停留在亚硝化阶段,从反应器启动后,其中亚硝酸盐氧化菌几乎没有生长。3.2吹脱法能够高效地处理高浓度含氨废水,但是由于需要采用硫酸调节处理后pH,导致MBR进水中含有高浓度50产一,降低了后续硝化处理效率并抑制了氨氮的彻底氧化;同时,N02’的彻底氧化与微生物代谢产物多聚糖密切相关。3.3添加PAC后,MBR反应器内多聚糖增加,但其对硝化的影响相对较小。入扭R反应器内,微生物代谢产物变化大,影响反应器内微生物代谢产物变化的原因需要进一步研究。参考文献1.RustenB.,HemL.J.and叱egaardH.Nitriifeationofr口理tUeiPalwastewaterinmoving一bedbioifllnreaetors.WaterEnviorn.eRs.、1995,67:75一86.2.HoilijokiaTinaH.,eKttunen形ittaH.,形inalaJukkaA.NitraifeationofanaerobieallyPreteratedrnunieiPallandifllleaehateatlowtemPeartUer.W匕t.Res.2000,34(5):1435一14463.高孟春.LC一S呼吸醒分析方法及硝化系统中微生物特性的研究.中国科学院研究生院博士学位论文.2003,64.KargiFikret.,丫劝nusPamukogluM,SimulatneousadsoprtionandbiologiealteratmentofPre一etratedlandifllleaehatebyfed一batehoPeration.ProeessBioehe而st.yr2003,38:中国化
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