PDMDAAC-MBBR组合工艺处理印染废水
摘要：采用聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)-移动床生物膜反应器(MBBR)组合工艺处理印染废水,考察了填料填充比例、水力停留时间(HRT)、PDMDAAC投加量、进水COD和NH3-N浓度对反应器处理效果的影响。结果表明,在填料填充比例为60% (体积比),单级反应器水力停留时间为24 h, PDMDAAC投加量为0. 8 g/L的条件下,组合工艺对色度、COD和NH3-N的去除率分别达到97%、92%和90%。出水CODCr和NH3-N平均浓度分别低于50mg/L和15mg/L,达到了GB 4287—1992《纺织染整工业水污染物排放标准》的一级排放标准。
关键词：染整;废水处理;絮凝剂;生物膜反应器
0 前言印染废水具有颜色深, COD值高,组成复杂,分布面广等特点。目前,常用的处理方法有化学沉淀法、生物法和吸附法等。
移动床生物膜反应器[1](MBBR)是近年来颇受重视的一种新型高效生物膜废水处理装置。在反应器中投加比表面积大、密度略小于1的悬浮填料,微生物附着生长在填料表面形成生物膜,曝气后处于流化状态,从而实现对污染物的高效去除。另外,聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)在水处理方面有絮凝剂用量少、脱色效果显著等优点,在水处理领域应用广泛。因此,本试验尝试在MBBR中投加一定量的PDMDAAC,以期提高其对印染废水的吸附性能,取得较好效果。
1 试验
1.1 试验装置及流程
试验装置流程如图1所示。MBBR反应器采用有机玻璃加工而成,有效尺寸为30 cm×30 cm×40 cm有效容积为36 L。采用微孔曝气和连续进水方式。
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1.2 填料
填料[2]为空心圆柱体,是MBBR的核心,也是生物膜的支撑和载体。MBBR所用填料为聚丙烯塑料,形似小圆柱体。圆柱体中心有十字支撑,外侧沿不同径向伸展许多尾翅。载体密度略低于水(0. 92 ~0.97 g/cm3),填料比表面积大,大多为200~500 m2/m3。填料表面易于生物膜的附着生长,巧妙的结构设计使其在使用时不结团、不堵塞,始终具有理想的孔隙率,并具有良好的通气、过水性能。
1.3 测定项目与方法
测定项目包括pH值、CODCr和氨氮等,均采用国家标准方法[3],色度用稀释倍数法(GB/T 11903—1989)。
试验废水取自本地某印染厂,水质情况见表1。
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1.4 挂膜与启动
挂膜用的接种污泥取自辽宁省抚顺市三宝屯污水处理厂,污泥浓度为5 021 mg/L。试验发现,MBBR中的填料虽承受了一定的水流剪切力,但不会影响生物膜的附着生长。生物膜先在填料内表面生长,经过两周驯化后外表面开始有较明显的生物膜。处理效果稳定时,填料的内、外表面都会长满生物,镜检可观察到大量菌胶团和变形虫,再培养7 d,镜检有钟虫出现。生物膜呈深褐色,膜厚1~2 cm,标志着生物膜已挂膜成熟。当反应器出水的CODCr,NH3-N和色度去除率均趋于稳定时,可认为启动完成。
2·结果与讨论
待处理印染废水色度为237倍, CODCr浓度为462mg/L,考察影响废水CODCr和色度去除效果的因素。
2. 1 MBBR填料填充比例的影响
水力停留时间(HRT)取24 h,测定填料填充比例对色度和CODCr去除效果的影响[4],结果如图2所示。
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由图2可知,当填料较少时,随着填料填充比例增加,色度和CODCr去除率呈上升趋势。当填充比为60%时,色度和CODCr去除率分别达到88%和86%;继续增加填料,去除率提高趋缓。原因是填料增加,可供微生物附着生长的表面积相应增加,反应器内的生物量增加,所以处理效果不断提高。当填充率为60%时,填料充满整个反应器空间,且流化状态较好。而当填充率大于60%时,反应器内填料流化状态变差,影响了微生物的正常生长和繁殖,造成去除率略有下降。因此,以下试验选取填料填充比例为60%。
2. 2 HRT的影响
改变水力停留时间(HRT),测量HRT对CODCr和色度去除效果的影响[5],结果如图3所示。
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由图3可知,随着HRT的延长,CODCr和色度的去除率均大幅提高;当HRT超过24 h后, CODCr和色度去除率的提高放缓,增加不到2%。因此,以下试验取HRT为24 h。
2. 3 PDMDAAC投加量的影响
HRT为24 h,考察PDMDAAC投加量对印染废水色度和COD去除率的影响,结果见图4。
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由图4可知,当混合液中PDMDAAC投加量小于0. 8 g/L,随着投加量增加,色度和CODCr去除率的提高相对较快;此后,色度和CODCr去除率曲线趋于平缓。因此,适宜的PDMDAAC投加量为0. 8 g/L。同时,由图4还能看出,MBBR中投加PDMDAAC后,色度的去除率由88%提高到97%,CODCr去除率由86%提高到92%,提高了印染废水的处理效果。
2. 4 MBBR对CODCr和色度的去除效果
HRT为24 h, PDMDAAC投加量为0. 8 g/L,考察MBBR对废水中CODCr和色度的去除效果[6],见图5。
由图5可知,使用MBBR后,当进水CODCr浓度由280 mg/L增加到600mg/L,CODCr的去除率可达92%以上,色度的去除率基本稳定在97%,出水色度低于20倍,说明MBBR具有很强的抗冲击负荷能力。其原因有二,一是反应器内的生物量很高;二是附着生长在填料上的生物膜随着微生物不断增殖而增厚,在受到冲击负荷时,外层老化的生物膜对内层的生物膜起到缓冲和保护作用,从而使其具有很强的抗冲击负荷能力。
2. 5 MBBR对NH3-N的去除效果
氮类污染物是引起水体富营养化的一个重要原因,因此越来越多的污水处理系统需要考虑脱氮问题。我国制定的《纺织染整工业水污染物排放标准》对NH3-N指标的一级排放浓度也做出了明确规定(低于15mg/L)。在HRT为24 h,PDMDAAC投加量0. 8 g/L的条件下,考察不同NH3-N进水浓度下MBBR对NH3-N的去除效果,结果如图6所示。
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由图6可知,在系统稳定运行阶段,虽然进水NH3-N的浓度波动较大,但处理后出水的NH3-N浓度非常稳定。NH3-N的去除率达到90%以上,出水氨氮平均浓度低于15 mg/L的排放标准。
3·结论
(1)投加PDMDAAC的移动床生物膜反应器对印染废水具有良好的处理效果。当HRT为24 h,进水CODCr在280~600 mg/L,填料填充比例为60% (体积比)时,色度、CODCr和NH3-N的平均去除率分别为97%、92%和90%。
(2)不同进水CODCr浓度和NH3-N浓度的印染废水经MBBR处理后,出水色度都低于20倍, CODCr和NH3-N的平均浓度分别低于50mg/L和15mg/L,达到了《纺织染整工业水污染物排放标准》(GB 4287—1992)的一级排放要求(出水色度为40倍, CODCr浓度为100 mg/L,NH3-N浓度为15 mg/L)。
(3)移动床生物膜污水处理是一种高效、经济的污水处理工艺,具有很强的抗冲击负荷特性。与其它工艺相比,MBBR具有挂膜容易、填料不易堵塞、水力停留时间短、不需污泥回流等特点,适合处理生活污水和工业有机废水等,应用前景广阔。
参考文献:
[1]张景丽,幸福堂.移动床生物膜工艺特点、研究现状及进展[J].工业安全与环保, 2003, 29(4): 13-15.
[2]季 民,薛广宁,董广瑞,等.移动床生物膜反应器处理生活污水[J].中国给水排水, 2003, 19(2): 56-57.
[3]国家环保局《水和废水检测分析方法》编委会编.水和水质监测分析方法(第3版)[M].北京:中国环境科学出版社, 1997: 102-356.
[4]王 涛,朱文亭,魏双勤,等.循环移动载体膜生物反应器处理印染废水的研究[J].给水排水, 2007, 32(S1): 243-246.
[5]孙 华,高庭耀,洪 英.移动床生物反应器处理染料化工废水工艺研究[J].环境工程, 2002, 20(1): 19-21.
[6]杨玉旺.移动床生物膜反应器处理污水的研究应用进展[J].工业水处理, 2004, 24(2): 12-15.
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