亚硝酸型生物脱氮在MBR处理垃圾渗滤液中的中试研究

2022-09-12

M B R自问世以来, 不少学者便开始把它应用在各种不同类型的废水处理中, 取得了不少研究成果, 不少成果已经应用到生产过程当中。

本试验规模为中试, 采用总有效体积为2.5 5 m 3的聚乙烯膜生物反应器, 其中缺氧区体积为0.9m3, 好氧区为1.65m3。本文首先研究在M B R中实现短程硝化的可行性和实现途径, 结果显示, 在M B R中仅通过调节H R T不能实现短程硝化, 分析表明是膜的特殊构造引起硝化菌不能被冲洗通过所造成的。进一步的研究发现, 通过规律性的排泥能够取得亚硝氮的成功累积, 这与亚硝化菌在3 0℃下, 比硝酸菌具有更快的比增殖速率有关。

在短程硝化基础上, 首先考察了M B R对污染物的去除效果。当平均DO为2.1mg/L, pH为8.0, 温度为28℃且COD/NH4+-N为3.0左右时, 氨氮、C O D和T N容积负荷分别在0.2~0.6 kgN-NH4+/ (m3.d) 、1.0~2.0kgCOD/ (m3.d) 和0.3~0.6kgN/ (m3.d) 之间变化, 不会对亚硝化产生太大影响, 且对应去除率分别为82%、80%和83%。

1 研究和讨论

1.1 短程硝化在M B R中的实现

此次试验采用的微滤膜孔径为0.2μm, 看似可以让部分细菌通过, 但是由于膜受到污染, 其孔径比实际要更小, 而且可能孔径分布不均匀, 细菌大量透过的可能性就比较低。从细菌细胞的外观结构上分析, 亚硝化菌和硝酸菌一般呈椭球或者棒状, 其细胞尺寸分别为1.0×1.5μm和0.5×1.0μm[7], 都比该微滤膜的膜孔径大许多, 说明确实不能通过控制H R T来淘汰硝酸菌。

控制DO在2~3mg/L之间, 温度在25℃以上, p H在7~8.5之间, 通过排泥可以在M B R中实现短程硝化。因为在2 5℃以上时, 亚硝化菌的比增长速率比硝酸菌要快, 排泥可以冲洗出硝酸菌, 达到优选亚硝化菌的目的。

1.2 M B R短程硝化对氮和有机物的去除效果

经过分析、总结, 可以得到以下几点结论:

(1) 平均DO为2.1mg/L, pH为8.0, 温度为28℃且COD/NH4-N为3.0左右时, 氨氮容积负荷在0.2~0.6kgN-NH4+/ (m3.d) 之间变化, 不会对亚硝化产生太大影响;同时, 氨氮负荷的平均去除率为8 2%, C O D负荷平均去除率为8 0%, 而T N负荷去除率也达到83%。

(2) 进水负荷增加, 去除负荷和出水负荷也会随之增加。所以, 在对出水有浓度排放限值的前提下, 进水负荷就不能太高。在HRT为2d情况下, 若需要出水氨氮浓度<100mg/L, COD<300mg/L时, 对应的进水浓度应分别小于720mg/L和1100mg/L, 若进水浓度高于此, 应适当延长H R T。

(3) 对氮源进行分析, 反硝化是最主要的脱氮形式。

1.3 污泥特性的研究

通过对MBR中活性污泥的特性和动力学参数的测定, 对试验结果的分析, 可以得出以下结果:

(1) M B R具有高污泥浓度, 高容积负荷和低污泥负荷的特点, 正是由于较低的污泥负荷, 所以系统的处理能力较强, 处理效果较好。

(2) SVI长期稳定在50~100mL/g之间, 故沉降性能良好, 良好的沉降性能是污泥活性强的外在体现。

(3) 通过显微镜观察, 发现初期菌胶团较小, 几乎没有后生动物出现。在中期, 可以观察到钟虫, 说明污泥系统比较成熟。

(4) 对亚硝化菌的半饱和常数K s测定结果为3.53mgN-NH3/L, 最大比净增长速率μA, max-bA为0.26d-1。与经验值比较, K s偏高, μA, m a x-b A偏低, 其原因在于该参数和试验条件有关, 而且还有可能和废水类型有关。因此, 该结果代表的是pH为8.5, 温度为2 5℃时, M B R在处理垃圾渗滤液中的硝化菌增长动力学参数。

2 结语和意义

本试验历时近2 0 0天, 脱氮效果良好。通过对运行结果进行分析总结, 可以得出以下结论:

(1) 在MBR中仅通过改变HRT不能实现短程硝化反硝化。因为AOB和NOB一般呈棒状或椭球状, 其外观尺寸比聚乙烯膜的孔径要大, 所以, 不能大规模通过膜孔, 则NOB就不能通过改变HRT被冲洗淘汰。

(2) 通过规律性的排泥可以在M B R中实现短程硝化反硝化, 因为在大于2 5℃时, AOB的增殖速率比NOB快, 所以通过排泥可以使A O B成为优势菌种。

(3) 平均DO为2.1mg/L, pH为8.0, 温度为28℃且COD/NH4-N为3.0左右时, 氨氮容积负荷在0.2~0.6 kgN-NH4+/ (m3.d) 之间变化, 不会对亚硝化产生太大影响, 且氨氮负荷的平均去除率为82%。当COD和TN容积负荷分别在1.0~2.0kgCOD/ (m3.d) 和0.3~0.6kgN/ (m3.d) 间变化时, 其对应负荷的平均去除率分别为80%, 83%。

(4) 碳氮比对氨氮、COD和TN的去除都有影响。由于实现了短程硝化反硝化, 当平均DO为2.6mg/L, pH为8.0, 温度为30℃时, 若COD/NH4+-N>2.5, 氨氮可以保持80%~90%的去除率。若COD/NH4+-N<2.5, 氨氮和总氮去除效率迅速下降。

(5) 用MBR直接处理垃圾渗滤液仍然可以实现短程硝化反硝化, 在碳氮比合适 (>2.5) 的情况下, 氨氮容积负荷为0.2~0.6kgN-NH4+/ (m3.d) , COD容积负荷为0.2~1.5 kgCOD/ (m3.d) , TN容积负荷为0.2~1.2 k g N/ (m3.d) 时, 其对应的去除率分别约为81%、69%和51%。

(6) 对亚硝化菌的半饱和常数K s测定结果为3.53mgN-NH3/L, 最大比净增长速率μA, max-bA为0.26d-1。与经验值比较, K s偏高, μA, m a x-b A偏低, 其原因在于该参数和试验条件有关, 而且还有可能和废水类型有关。因此, 该结果代表的是pH为8.5, 温度为25℃时, M B R中的亚硝化菌增长动力学参数。

通过对这些问题的探讨, 可以对M B R处理垃圾渗滤液提供理论和数据支持。此外, 运用短程硝化反硝化脱氮工艺, 目前还几乎只限于对生活污水处理的研究上, 而且, 除了荷兰目前有为数不多的工程实例外, 还没有其它国家相关应用的报道。把该工艺运用到工业废水的处理中, 研究更是少之又少。因此, 本课题把M B R这一新型反应器和短程硝化反硝化这一新型工艺相结合, 用于处理垃圾渗滤液, 其研究价值和实用意义都很大。

摘要：垃圾渗滤液作为一种恶劣的污水, 以其氨氮和COD浓度高而著称, 如何高效处理垃圾渗滤液正成为众多学者研究的方向。本文即通过在MBR中实现短程硝化反硝化, 考察其对垃圾渗滤液的处理效果。

关键词：MBR,短程硝化反硝化,垃圾渗滤液,亚硝化菌,硝酸菌,动力学