一体式厌氧膜生物反应器处理垃圾渗滤液小试研究

2022-09-10

目前, 国内外普遍采用卫生填埋方法对城市垃圾进行无害化处理。垃圾的卫生填埋过程会产生渗滤液, 其特点是水质水量波动大、成分复杂, C O D、氨氮以及有毒有害物质含量高, 常规方法较难处理。近年来, 膜生物反应器工艺已成为污水和废水处理与回用技术的一个研究热点[1,2,3,4]。本研究采用一体式厌氧膜生物反应器对垃圾渗滤液进行处理, 并找出影响处理效果的主要因素。

1 试验材料和方法

1.1 试验用水

试验用水来自哈尔滨西南无公害垃圾填埋场调节池, 水质为:C O D= (4 1 2 0~11300) mg/L, BOD5= (2750~5900) mg/L, BOD5/COD=0.60~0.72, NH3-N= (1350~3100) mg/L, pH=7.5～8.1。

1.2 试验装置

厌氧MBR试验装置如图1所示。本装置由U A S B反应器改造而成, 膜组件安装在反应器上方的三相分离器的沉淀区中。反应区高1.2 m, 有效体积1 0 L。用回流泵将膜区混合液定期回流到反应器底部, 从而减少膜污染, 同时提高上升流速, 增加反应器的混合效果。

膜组件采用聚乙烯板式中空纤维膜, 孔径0.1µm, 膜面积0.2 m 2。

1.3 试验的启动

试验用接种污泥取自哈尔滨文昌污水处理厂污泥浓缩池, 接种污泥的浓度为5000mg/L。反应器温度控制在35℃左右, 水力停留时间2 4 h。按照C O D:N:P=3 5 0:5:1向进水中加入一定的磷, 保证厌氧微生物的正常生长。经过45天驯化, 反应器的容积负荷达到6 0 0 0 m g C O D/m3·d, C O D去除率达到6 0%以上, 启动结束, 加入膜组件, 进行稳定期研究。

1.4 测定方法

试验对C O D、B O D 5、氨氮、浊度、M L S S、D O、p H、动力粘度等运行参数进行了测定, 方法及所用仪器见表1。

2 结果和讨论

2.1 COD和氨氮去除效果

图2给出的是稳定运行期H R T=2 d时, M B R对C O D去除的情况。进水C O D在 (4800~11300) mg/L间变化, 出水COD基本保持在2000mg/L以下, 去除率在78%~9 0%之间。

系统对氨氮的去除作出贡献的主要是系统中的硝化作用, 膜过滤对氨氮的去除贡献不大。由于系统中硝化菌的代时较长, 在启动期中系统对氨氮去除率波动大, 但随着系统进入稳定期, 氨氮去除率也趋于稳定, 保持在8 5%以上。图3给出的是稳定运行期H R T=2 d时, M B R对氨氮去除的情况。进水氨氮在 (2000~3000) mg/L间变化, 去除率在85.0%~95.0%之间。

2.2 对SS的去除效果

膜分离作用对水中悬浮物质去除效果较好, 出水基本保持浊度≤0.5 N T U状态。

2.3 水力停留时间对COD去除率的影响

为考察不同水力停留时间对COD去除效果的影响, 维持C O D容积负荷在2 9 0 0±2 0 0 m g/m 3·d, 作出H R T对C O D去除率影响的曲线, 如图4所示。图中可以看出, COD去除率随水力停留时间增大而增加。在H R T=1~2 d变化时, C O D去除率曲线斜率较大, 说明C O D去除率随H R T变化较明显。当H R T= (2~4) d变化时, C O D去除率曲线斜率接近平缓, H R T对C O D去除率影响逐渐变小。

2.4 容积负荷对COD去除的影响

不同容积负荷对COD去除的影响情况如图5所示, 从图中可以看出, 在H R T相同且容积负荷不是很大的条件下, 容积负荷的变化对COD去除率影响较小。因为膜过滤作用强化了出水水质, 保证COD去除率不受进水C O D浓度变化的影响, 同时, 过滤作用也使得系统内部保持高污泥浓度状态, 厌氧微生物可以充分降解水中有机物。当容积负荷在3 k g C O D/m3·d以上时, 由于高C O D对系统的冲击作用, 导致去除率有所下降。

在不进行人工调控的情况下, 系统中混合液M L S S存在波动。在启动期, M L S S有逐渐减少的趋势, 第2天达到最小值3100mg/L。此现象原因可以解释为:垃圾渗滤液成分复杂, 对部分厌氧微生物生长存在一定的抑制性[1], 通过显微镜观察, 生物相不及普通膜生物反应器丰富。通过人工补给一定量的污泥, M L S S得以回升。试验表明C O D去除率随M L S S增加而提高, 此趋势在M L S S= (5 0 0~7 5 0 0) m g/L时较为明显, M L S S>7 5 0 0时渐趋平缓。

2.6 各影响因素对COD去除的综合影响

使用Matlab软件包中BP算法, 对系统运行的几个影响因素——H R T、M L S S、C O D容积负荷进行模拟和仿真, 预测C O D的去除率, 并作出多维图谱。固定H R T=1.5 d时, C O D去除率随H R T和M L S S的变化趋势如图6所示。通过图谱, 可以看出, 在C O D容积负荷不超过3 k g/m 3·d, M L S S≥7500时, COD去除率可以保持在80%以上。

3 结语

M B R对垃圾渗滤液中有机物去除率较高且稳定。在系统稳定运行阶段, C O D去除率保持在80%以上。由于系统内硝化菌的作用, 对氨氮的去除具有较好的效果。膜分离作用使得系统对浊度去除作用很明显, 出水浊度≤0.5 N T U。水力停留时间对C O D的去除有影响, 当H R T在 (1~2) d变化时, C O D去除率随H R T增大而提高, 当H R T在 (2~4) d变化时, C O D去除率变化不明显。较高的MLSS能够提高COD去除率。可通过人工补给污泥法提高M L S S。通过计算机的模拟和仿真, 对影响系统运行的几个因素进行逼近, 建立多维图谱。从图谱中可以看出H R T=1.5 d时, 容积负荷不超过3 k g/m 3·d, MLSS≥7500的情况下, 可使系统对COD去除率稳定保持在8 0%以上。

摘要：采用一体式厌氧膜生物反应器进行城市垃圾填埋场渗滤液处理的小试试验, 研究反应器对COD、氨氮、SS的去除效果, 以及稳定运行期COD去除率的主要影响因素。对各影响因素进行仿真, 建立多维图谱, 找出工艺稳定运行的最佳条件。

关键词：膜生物反应器,垃圾渗滤液,厌氧,UASB,仿真