膜生物反应器处理氮肥行业废水的试验研究
摘要：介绍膜生物反应器处理工艺脱氮机理、工艺特点和处理氮肥行业废水的试验过程,并对试验结果进 行了分析,为氮肥行业废水处理提供了新的技术线路。
关键词：膜生物反应器 脱氮机理 氨氮 废水处理
1 水处理工艺脱氮机理
膜生物反应器(Membrane Bioreactor,简称 MBR),是由膜分离和生物处理结合而成的一种新型、高效污水处理技术。沧州大化股份有限公司为进一步提高废水排放达标率和实现污水回用的目的,多年来一直致力于寻求一条经济合理的氮 肥行业废水处理途径,为此,在进行多方面的技术考察、交流和研究的基础上进行了MBR处理工艺的试验研究。工业含氮废水其脱氮机理包括硝化作用和反硝化作用两个基本过程。硝化作用是指由氨氮转化为硝态氮的过程,该过程主要依靠亚 硝化细菌和硝化细菌两类好氧自养菌来完成。它包括两个步骤:第一步为亚硝化过程,由亚硝酸菌将氨氮转化为亚硝酸盐;第二步为硝化过程,由硝酸菌将亚硝酸盐进一步氧化成硝酸盐。反硝化作用是将硝酸盐和亚硝酸盐还原成气态氮的过程, 是由一群异养型微生物在无分子态氧的条件下进行的。
2 MBR处理工艺
2·1 MBR工作原理
MBR技术首先通过活性污泥来去除水中可生物降解的有机污染物,然后采用膜组件强制截 留生物反应器中的活性污泥以及绝大多数的悬浮 物,实现净化后水和活性污泥固液分离,由此强化 了生化反应,提高了污水处理效果和出水水质。 MBR处理中试工艺流程见图1。
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2·2 MBR处理工艺特点
1)处理效率高,出水可直接回用。由于中空 纤维膜对生化反应器的混合液具有高效的分离作 用,可彻底将污泥与出水进行分离,故可使出水的 SS及浊度接近于零。同时由于活性污泥的损失 几乎为零,使得生化反应器中的活性污泥浓度可 比传统工艺高出2~6倍左右,大大提高了脱氮能 力。
2)系统运行稳定、流程简单、设备少、占地面 积小。由于MBR技术的活性污泥浓度高,因此装 置的容积负荷大;对进水波动的抗冲击性能好,运 行稳定。此工艺除了可大大缩小生化反应器—曝 气池的体积,使设备和构筑物小型化以外,甚至可 以省去初沉池,也不需要二沉池,就使得系统占地 面积减少。
3)污泥龄长,剩余污泥量少。当污泥浓度 高,而进水负荷低的情况下,系统中营养与微生物 比率(F/M)低,污泥龄变长。当F/M维持某个 低值时,活性污泥的增长接近为零,这就降低了对 剩余污泥的处理费用。
4)操作管理方便,易于实现自动控制。由于 膜分离可使活性污泥完全截留在生物反应器中, 使得生物反应器中的水力停留时间(HRT)和污泥 停留时间(SRT)是完全分开的,故可灵活、稳定地 加以控制;同时,非常易于实现自动控制,提高了 污水处理的自动化水平。
3 MBR处理工艺试验
3·1 试验过程
1)养生驯化阶段。将所需处理的废水用泵 提升从试验装置的进水端开始,充满试验装置,然 后停止进水,打开曝气,并投加活性污泥菌种,在 控制合适的溶解氧、pH值、水中氮和磷等营养物 质的环境下闷曝养生5d;小流量进水,置换装置 内已有的水质,在污染物浓度不高的情况下,对已 成长的微生物进行培养和驯化,使之适应所处理 废水的环境,驯化时间为15d。
2)稳定处理阶段。驯化15d后,逐渐调整进 水量由小到大逐渐递增,水力停留时间达12h时, 进水量为1m3/d。控制进水量保持在1m3/d,调 整气水比为8∶1,运行15min停止出水冲洗2min,稳定运行。稳定处理时间为12d。
3)正常运行阶段。稳定处理阶段过后,开始进入正常运行阶段,继续稳定进水量为1m3/d,保持水力停留时间在12h,水气比控制在8∶1,同时调整运行9min停止出水冲洗3min。每天对处理工艺各取样点进行定时取样,分析水中污染物含量。
3·2 试验结果
驯化阶段试验装置进、出口NH3—N和COD控制指标检测结果见图2和图3。 稳定处理阶段试验装置进出口NH3—N和 COD检测结果见图4和图5。
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正常运行阶段试验装置进、出口NH3—N和 COD控制指标检测结果见图6和图7。
正常运行阶段NH3—N和COD处理效果见图 8。
3·3 结果分析
由图2~7的试验结果来看,MBR处理工艺 对氮肥行业废水中COD处理效果明显,其生化菌 种养生驯化阶段较短,从第3天即显现稳定的效 果;稳定处理阶段、正常运行阶段均能保持较高的 COD去除率,去除率基本在90%以上;出口COD 平均控制在30mg/L以下。
而对于NH3—N的处理,其生化菌种养生驯 化阶段时间较长,NH3—N的处理效果不稳定,在稳定处理阶段、正常运行阶段能满足要求,去除率 78%左右,基本达到排放标准:出口NH3—N平均 控制在2mg/L以下。
4 结论
1) MBR处理工艺对氮肥行业废水中COD处 理效果明显,去除率基本在90%以上;NH3—N处 理效果不十分稳定,去除率78%左右,基本达到 排放标准。出水清澈透明、无异味。
2) MBR运行初期,在较低的压力下就能获得 较高的膜通量,但长期运行膜通量就会下降到一 个较低的水平,故而在实际操作过程中要注意膜 阻力和膜通量的变化,及时进行冲洗和维护以达 到较好的工作状态。
3) MBR相对成本较高,运行过程中对操作、 维护有一定的要求;工程上采用这种组合工艺,也 必须要考虑到污水含油造成的膜污染问题,这在 一定程度上影响了该工艺的推广。
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