MLSS對FBR處理高氨氮印染廢水的影響

辛海霞，季誠昌，張 凡，吳 凡

（東華大學(xué)a.材料科學(xué)與工程學(xué)院；b.環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海 201620）

MLSS對FBR處理高氨氮印染廢水的影響

辛海霞a，季誠昌a，張 凡b，吳 凡b

（東華大學(xué)a.材料科學(xué)與工程學(xué)院；b.環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海 201620）

采用尼龍紡織布作為過濾組件組成新型尼龍紡織布生物反應(yīng)器（FBR）處理高氨氮低碳印染廢水.研究在不同混合液污泥濃度（mixed liquid suspended solids，MLSS）條件下FBR對模擬高氨氮印染廢水處理效果的變化，發(fā)現(xiàn)該工藝的COD去除率為73.80%～78.15%，NH＋4-N去除率為91.53%～95.82%，TN去除率為50.34%～82.52%，最佳 MLSS為6 500 mg／L.

布生物反應(yīng)器；高氨氮；印染廢水；脫氮

當(dāng)前，由于許多印染工藝使用有機(jī)氮和無機(jī)氨鹽等染料和助劑，廢水的含氮量大大提高，這對脫氮提出了更高的要求.膜生物反應(yīng)技術(shù)可廣泛用于污水處理和中水回用領(lǐng)域［1］.雖然傳統(tǒng)的膜生物反應(yīng)器（MBR）對氨氮有較好的去除效果，但由于缺少反硝化，該工藝對總氮（TN）的去除效果不佳［2］，如何在高氮低碳條件下達(dá)到較好的脫氮效率成為研究重點(diǎn).布生物反應(yīng)器（FBR）是通過活性污泥過濾過程中形成的生物動態(tài)膜，實現(xiàn)近似于微濾膜的過濾效果而形成的一種新型的生物反應(yīng)器.布生物反應(yīng)器對水體中的化學(xué)需氧量（COD）、5日生化需氧量（BOD5）、氨氮、懸浮物（SS）等有較好的去除效果［3-5］，并由于水體中溶解氧量有限，菌膠團(tuán)內(nèi)部會形成缺氧區(qū)，對TN的去除也有較好的效果［6］.本文采用廉價的尼龍紡織布代替?zhèn)鹘y(tǒng)MBR中的膜組件，不僅使膜單元投資和更換費(fèi)用有大幅度的降低，而且由于其大孔結(jié)構(gòu)，該裝置過水阻力較小，在工程應(yīng)用中易于實現(xiàn)重力流過濾，無需傳統(tǒng)MBR工藝中較高的操作壓力，降低了運(yùn)行成本.另外由于隨著混合液污泥濃度（mixed liquid suspended solids，MLSS）的增加，相對應(yīng)的有機(jī)負(fù)荷和氨氮負(fù)荷也隨之變化，有機(jī)物和 TN的去除率也會相應(yīng)變化［7-9］，因此MLSS是影響工藝去除效果的一個重要因素.本文重點(diǎn)研究不同MLSS對尼龍紡織布生物反應(yīng)器處理高氨氮印染廢水處理效果的影響.

1 試驗部分

1.1 試驗裝置

布生物反應(yīng)器裝置如圖1所示，試驗的主體反應(yīng)器可分為3個隔間，中間隔間不曝氣，兩邊曝氣，形成中間厭氧反硝化而兩邊好氧硝化的結(jié)構(gòu)，并在好氧區(qū)域放置布膜組件，共同構(gòu)成污染物處理體系.污水由原水箱經(jīng)泵進(jìn)入中間池，通過厭氧處理后進(jìn)入膜室，污染物在膜室的截留作用下被進(jìn)一步降解和去除，膜出水方式為重力自流.

1—過濾組件；2—空氣壓縮機(jī)；3—進(jìn)氣管；4—?dú)怏w流量計；5—進(jìn)氣閥門；6—穿孔曝氣管；7—出水口；8—隔板；9—支架臺；10—配水箱；11—進(jìn)水管；12—蠕動泵；13—進(jìn)水孔；14—溢流口；15—排泥口；16—生物反應(yīng)池

1.2 試驗方法

將活性污泥在反應(yīng)器中用間歇式活性污泥法（SBR）進(jìn)行馴化，出水穩(wěn)定后，進(jìn)入連續(xù)式FBR，調(diào)整不同的MLSS，研究反應(yīng)器對COD的處理效果以及脫氮效果.

1.3 主要監(jiān)測項目

1.4 進(jìn)水水質(zhì)及運(yùn)行參數(shù)

1.4.1 進(jìn)水水質(zhì)

本試驗?zāi)M實際印染廠的印染廢水為反應(yīng)器進(jìn)水，以葡萄糖（C6H12O6）、羧甲基纖維素鈉鹽、聚乙烯 醇 和 酸 性 紅 （C20H12N2Na2O7S2）、 酸 性 黃（C12H11N3NaO6S2）、酸性藍(lán)（C16H8N2Na2O8S2）為主要碳源，磷酸二氫鉀（KH2PO4）為磷源，以硫酸銨（（NH4）2SO4）為氮源，碳酸氫鈉（Na HCO3）作為p H緩沖劑添加.具體廢水組分如表1所示.

表1 模擬印染廢水組分Table 1 Composition of simulated printing and dyeing wastewater

1.4.2 運(yùn)行參數(shù)

FBR中活性污泥的起始質(zhì)量濃度為1 600 mg／L，控制曝氣量為1.9～2.3 m3／h，好氧段溶解氧質(zhì)量濃度為1.98～4.12 mg／L，平均值為3.08 mg／L，水力停留時間（HRT）為20 h，進(jìn)水加入Na HCO3緩沖劑調(diào)節(jié)系統(tǒng)p H值，維持p H值為7～8，尼龍布膜組件膜通量為20 L／（m2·h），整個試驗過程中不排泥.

2 結(jié)果與分析

2.1 COD的去除效果分析

不同MLSS條件下，COD去除效果的變化如圖2所示.由圖2可知，MLSS的變化對COD去除效果有著較大的影響.MLSS較低情況下（＜3 000 mg／L），COD的去除率小于70%，但是隨著 MLSS的增加，COD去除率迅速增加.主要原因是系統(tǒng)中的MLSS太低，污泥太少，微生物量少，只需要分解水體中的少量污染物即可以滿足微生物自身代謝需求.MLSS中等情況下（3 000～7 000 mg／L），COD去除率為73.80%～78.15%且保持上升趨勢，但是COD去除率上升趨勢較緩慢，在該階段污泥量適中，處理效果也較好.文獻(xiàn)［10］研究表明，化工廢水好氧生物處理要求MLSS為3 000～7 000 mg／L，該MLSS條件下反應(yīng)器微生物量較適宜，且此時污泥活性能良好.MLSS較高情況下（7 000～9 000 mg／L），COD 去 除 率 進(jìn) 一 步 提 升 達(dá) 到79.65%，且基本穩(wěn)定.當(dāng) MLSS達(dá)到9 100 mg／L時，COD去除率下降為77.19%，說明在該狀態(tài)下，水體中污泥太多，溶解氧消耗過快，好氧微生物活性下降，COD的去除率反而下降.

圖2 不同MLSS下COD去除率變化Fig.2 The changes of COD removal rate under different MLSS

圖3 不同MLSS下N-N去除率變化Fig.3 The changes of N-N removal rate under different MLSS

2.3 反應(yīng)器出水體中NO x-N質(zhì)量濃度的變化

圖4 不同MLSS下出水體中N-N質(zhì)量濃度變化Fig.4 The changes of N-N mass concentration under different MLSS

2.4 TN的去除效果分析

不同MLSS下反應(yīng)器膜出水體中TN的去除率變化情況如圖5所示.

圖5 不同MLSS下TN去除率變化Fig.5 The changes of TN removal rate under different MLSS

由圖5可以看出，MLSS較低情況下（＜3 000 mg／L），TN 的平均去除率為55.71%，但是隨著MLSS的增加，TN去除率迅速增加.主要原因是系統(tǒng)中的MLSS太低，污泥太少，微生物量少，只需要分解水體中的少量污染物即可滿足代謝需求.

MLSS中等情況下（3 000～7 000 mg／L），TN去除率從50.34%升至82.52%，MLSS為3 200 mg／L時，TN去除率為50.34%，低于低 MLSS下TN的平均去除率，但隨著MLSS的增加，TN去除率迅速上升.結(jié)合圖3和4分析，隨著污泥量的增加，水體中溶解氧量下降，菌膠團(tuán)內(nèi)部厭氧區(qū)的反硝化細(xì)菌活性逐漸增強(qiáng)，同時硝化細(xì)菌也有較好的活性，所以TN的去除率能達(dá)到82.52%.

MLSS較高情況下（7 000～9 000 mg／L），TN去除率開始下降，當(dāng)MLSS達(dá)到9 100 mg／L時，TN去除率為68.80%.說明在該狀態(tài)下，水體中污泥太多，溶解氧消耗過快，好氧區(qū)的硝化細(xì)菌活性下降，無法產(chǎn)生充足的N-N，限制了反硝化過程，使得TN去除率下降.該情況與圖2所示的COD的變化相互印證.

3 結(jié) 語

（1）隨著MLSS的增加，反應(yīng)器對COD的去除效果有所提升，COD去除率最高可達(dá)79.65%，且COD與TN的去除效果趨勢相近，說明COD的去除有一部分依靠反硝化細(xì)菌的作用.

（3）綜合考慮COD去除效率及脫氮效率的情況，MLSS為6 500 mg／L時，可視為一體式FBR同步硝化和反硝化的最佳條件.

布生物反應(yīng)器除具有傳統(tǒng)膜生物反應(yīng)器優(yōu)點(diǎn)外，還具有低造價、低能耗、高強(qiáng)度等特點(diǎn)，該工藝對于中小規(guī)模廢水處理有很好的應(yīng)用前景.

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Treatment Effect of High Ammonia Nitrogen Printing and Dyeing Wastewater under the Different MLSS by FBR

XINHai-xiaa，JICheng-changa，ZHANGFanb，WUFanb

（a.College of Materials Science and Engineering；b.School of Environmental Science and Engineering，Donghua University，Shanghai 201620，China）

Nylon textile fabric as filter components in fabric bioreactor（FBR）is used to dispose high ammonia nitrogen and low carbon printing and dyeing wastewater.The effect of different MLSS（mixed liquid suspended solids）is researched on the treatment of simulated high ammonia nitrogen printing and dyeing wastewater by FBR.The results show that the average COD removal rate is 73.80%-78.15%，the average NH4＋-N removal rate is 91.53%-95.82%，the average TN removal rate is 50.34%-82.52%and the optimal MLSS is 6 500 mg／L.

fabric bioreactor；high ammonia nitrogen；printing and dyeing wastewater；denitrification

X 788

A

2014-07-31

辛海霞（1982—），女，山西臨汾人，工程師，碩士研究生，研究方向為氟化工產(chǎn)品、三廢處理.E-mail：xhx20060717＠126.com

季誠昌（聯(lián)系人），男，教授，E-mail：jicc＠dhu.edu.cn

1671-0444（2015）05-0692-04