复合式MBR处理化学合成类制药废水研究陈兆鹏

第24卷第6期2008年12月　　哈尔滨商业大学学报(自然科学版)JournalofHarbinUniversityofCommerce(NaturalSciencesEdition)　　Vol.24No.6Dec.2008:2008-04-12.:黑龙江省自然科学基金(E2007-04).:陈兆鹏(1983-),男,硕士研究生,研究方向:废水处理与仿真研究.MBR陈兆鹏1,李　正2,陈兆波1,温　青1,朱海博1(1.,150001;2.,150090)　:采用复合式膜生物反应器(CMBR)对化学合成类制药废水的厌氧反应器出水进行处理研究,系统在不同的水力停留时间(HRT)下,各运行了一段时间,以此寻求最短HRT.实验结果表明,当HRT为10h和5h时,进水COD质量浓度在915.9～1937.5mg/L之间波动,复合式MBR的出水COD分别为62.5～141.7mg/L和76.2～149.7mg/L,COD去除率分别为88.7%～96%和85.7%～94.3%,均可以满足达标排放标准要求(150mg/L).当HRT为3h时,出水COD质量浓度为176.2～291.7mg/L,不能满足达标排放标准要求.复合式MBR处理化学合成类制药废水的最佳HRT应控制在5h.污泥质量浓度(MLSS)与COD去除的关系表明,为了得到更好的COD去除率,复合式MBR的最佳MLSS应控制在7000mg/L左右.:复合式膜生物反应器;水力停留时间;污泥质量浓度;化学合成类制药废水:X703　　　　　:A:1672-0946(2008)06-0678-04Researchofcompositemembranebio-reactorinchemcialsyntheticpharmaceuticalwastewatertreatmentCHENZhao-peng1,LIZheng2,CHENZhao-bo1,WENQing1,ZHUHai-bo1(1.SchoolofMaterialScienceandChemicalEngineering,HarbinEngineeringUniversity,Harbin150001,China;2.SchoolofMunicipalandEnvironmentalEngineering,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150090,China)Abstract:Acompoundmembranebioreactor(CMBR)isintroducedtotreattheeffluentofanaerobicreactorprocessingchemicalsyntheticpharmaceuticalwastewaterinthisexperi-ment.Thisequipmenthasrunforperiodoftimeindifferenthydraulicretentiontime(HRT)toseektheshortestHRT.TheresultshowsthatwhentheinfluentCODofCMBRare915.9～1937.5mg/L,theeffluentCODofCMBRare62.5～141.7mg/Land76.2～149.7mg/L,theremovalratesofCODarerespectively88.7%～96%and85.7%～94.3%byHRTof10hand5h,bothofthemmeetthenormalstandardofdischargeddomesticsewage.WhenHRTis3h,theeffluentCODis176.2～291.7mg/L,itcouldnotmeetthenormalstandardofdischargeddomesticsewage.TheoptimumHRTofCMBRisbettercontrolledat5h.FromtherelationshipbetweenMLSSandCOD,itisfoundthattheoptimumMLSSisbettercon-trolledataround7000mg/LinCMBR.Keywords:compositemembranebio-reactor;hydraulicretentiontime;mixed-liquorsus-pendedsolids;pharmacywastewater　　化学合成类制药废水是一种高质量浓度难降解的有机废水[1-2],水质、水量变化大,污染物质量DOI:10.19492/j.cnki.1672-0946.2008.06.009浓度高、悬浮物含量高、pH值变化大,有机污染严重,成份复杂,可生化性差,含有难降解物质和有抑菌作用的抗生素,并且有毒性.是我国工业废水治理的重点.化学合成类制药废水在我国实际工程中均采用厌氧-好氧处理工艺,而传统好氧处理工艺难以保证出水水质长期、稳定地达到我国排放标准的要求[3-4],因此探讨有效的好氧处理工艺目前已成为研究的热点.复合式膜生物反应器(CMBR)是将中空纤维膜和活性污泥法、生物膜法两种好氧生物处理工艺相结合的一种新型污水处理技术[5-6],系统内既有悬浮生长的活性污泥,又有附着生长的生物膜,两种微生物共同作用完成对污染物的降解.水力停留时间(HRT)是CMBR处理系统中一个非常重要的参数[7-8],它直接关系到反应器容积和所需膜面积,进而影响到处理设施投资,因此在保证出水水质的前提下,确定合理的HRT具有重要的工程应用价值.本文采用复合式膜生物反应器(CMBR),以化学合成类制药废水的厌氧反应器出水作为研究对象,考察了CMBR对化学合成类制药废水处理的可行性.同时还考察了HRT和污泥质量浓度对COD去除效果的影响,以此寻求在满足达标排放的前提下,最佳的HRT和污泥质量浓度.1　试验装置及分析方法1.1　试验装置如图1所示.1—;2—;3—;4—;5—;6—;7—;8—;9—;10—;11—;12—1　有3套复合式膜生物反应器同时运行,反应器由有机玻璃柱制成,内径为0.14m,柱体有效高度0.8m,有效水深为0.6m,总有效容积为12L,内装立方体聚氨酯泡沫块填料(10mm×10mm×10mm),生物载体填料的装填密度为反应器容积的30%,超滤膜材质为聚丙烯,孔径0.1～0.2μm,膜组件长度为0.3m,膜的表面积为1.2m2.曝气头为砂头曝气器,气源由气泵供给,用气体流量计控制曝气量.生物载体填料的物理性质见表1.1　填料材质孔径/mm孔隙率/%比表面积/(m2·m-3)密度/(kg·m-3)聚氨酯0.05～0.1094500020原水从高位水箱经由平衡水箱进入3套膜生物反应器,采用底部进水,反应器中的液位随出水流量的变化由平衡水箱中的浮球阀进行自动控制,可同步保持出水流量与进水流量平衡.污水在反应器中经微生物降解后,在蠕动泵的连续抽吸作用下由膜过滤得到出水.为了减少膜污染,蠕动泵的工作方式为间隙运行,运行10min,停2min.反应器温度控制在20℃,pH值为6.0～9.0,溶解氧为2.0～3.0mg/L,运行期间分别设定3套反应器的出水膜通量为20、40、66mL/min,即HRT分别为10、5、3h.实验期间不排泥.CMBR具体工艺参数见表2.2　CMBR反应器温度/℃pH值溶解氧/(mgO2·L-1)曝气速率/(m3·h-1)容积负荷/kgCOD·(m-3·d-1)HRT/h1#2#3#2020206.0～9.06.0～9.06.0～9.02.0～3.02.0～3.02.0～3.00.250.250.252.196～4.654.392～9.37.32～15.510531.2　化学合成类制药废水取自某制药厂,原废水水质如下:COD,16945mg/L;BOD5,3560mg/L;乙酸,413.63mg/L;丙酸,12.67mg/L;异丁酸,4.01mg/L;丁酸,37.82mg/L;异戊酸,3.49mg/L;戊酸,18.29mg/L;乙酸乙酯,1251.46mg/L;乙醇,4382.34mg/L;乙腈,24.86mg/L;NN—二甲基甲胺,57.6mg/L;NN—二甲基已胺,376.44mg/L;TN,47.26mg/L;TP,51.41mg/L;TOC,35.93mg/L;NH3—N,36.31mg/L;色度,100;总碱度,0.81.原化学合成类制药废水经两相厌氧反应器(CSTR反应器和UASBAF反应器)处理后废水水质为:COD,800～2000mg/L;NH3—N,14.68～27.54·679·第6期　　　　　　　　　　　陈兆鹏,等:复合式MBR处理化学合成类制药废水研究mg/L;TN,16.32～26.98mg/L;TP,2.79～4.72mg/L.本试验目的就是考察CMBR对两相厌氧反应器出水的处理效果.水质分析方法按国家标准方法进行[9].1.3　接种污泥取自哈尔滨市文昌污水处理厂二沉池中的污泥,采用间歇运行方式培养:运行9h,静置2h,换水1h,每天运行2个周期.为加速污泥生长,用人工配水进行培养,即采用葡萄糖、氯化铵和磷酸二氢钾配成COD约为800mg/L左右的废水,保证C∶N∶P为100∶5∶1,随时监测DO、进出水pH值、MLSS、污泥容积指数SVI、SV30以及使用显微镜观察微生物相的变化.间歇运行7d后,污泥质量浓度可达1937mg/L.用旧膜进行连续出水运行,设定3套装置的出水通量都为20mL/min,即HRT为10h,经过半个月左右的培养,污泥质量浓度增加到3258mg/L,MLVSS/MLSS约为0.81,活性较高,所培养和驯化的活性污泥SVI值在65～95之间,活性污泥有着很好的沉降性和絮凝性,能将分散的微生物和细小有机物颗粒凝聚成较大颗粒.出水COD大约为76.9mg/L,COD去除率为90%.镜检活性污泥发现了钟虫、直链藻、螺旋藻、纤毛虫、轮虫等,表明活性污泥培养和驯化成熟.2　试验结果与讨论2.1　HRT10hCODHRT为10h,1#复合式膜生物反应器对COD的去除效果如图2所示.2　HRT10hMBRCOD当HRT为10h时,1#复合式膜生物反应器的上清液COD去除率为78.9%～90.5%,总COD去除率为88.7%～96.0%,膜对COD去除率为5.4%～10.8%,上清液COD为170.3～274.2mg/L,膜出水COD为62.5～141.7mg/L,小于150mg/L,满足达标排放标准要求.装置在运行的前10d,由于系统内的污泥质量浓度偏低,COD的去除率较低.之后系统逐渐趋于稳定,随着系统内污泥质量浓度的升高,COD的去除率逐步上升.实验过程中上清液COD存在波动,时高时低,但对出水COD值的影响不是很大,这是因为高分子质量的溶解性微生物代谢产物(SMP)等物质能被膜截留在反应器中.由于膜的作用,CMBR的最终出水COD值能始终维持在较低的水平,说明膜对系统的稳定出水起到了决定性的作用,这是其他污水处理工艺无法比拟的.于龙等采用二级移动床生物膜反应器(MBBR)来处理经原水稀释的模拟厌氧反应器出水[10],作为MBBR反应器的进水,其水质指标为pH值:6.5～8.5,COD:937.4～1053.1mg/L,TN:74.1～84.8mg/L,NH4—N:26.2～33.9mg/L,在总水力停留时间为32h,1#反应器进水负荷为1.4～1.6kgCOD/(m3·d)的情况下COD的去除率达到88.6%,而本实验中CMBR的容积负荷为2.196～4.65kgCOD/(m3·d),在水力停留时间为10h的条件下就可以达到92.3%的COD去除率.可见在取得同样效果的条件下,CMBR较MBBR有更短的水力停留时间,适合于工程应用.2.2　HRT5hCODHRT为5h,2#复合式膜生物反应器对COD的处理效果如图3所示.3　HRT5hMBRCOD当HRT为5h时,复合式膜生物反应器2#的上清液CO