上流式厌氧污泥复合床-膜生物反应器处理垃圾渗滤液
摘要： 研究 了厌氧污泥复合床(UASCB)-序批式膜生物反应器(SMBR)串联工艺处理垃圾渗滤液的工艺性能和 影响 因素。结果表明，厌氧段对整个系统的调节作用表现在两方面：(1)可以提高膜生物反应器内硝化菌活性;(2)可以明显提高垃圾渗滤液的可生化性，提高幅度为15.2%。该工艺所能适应的COD/NH4+-N范围在2.5～12。
关键词：垃圾渗滤液 厌氧污泥复合床 序批式膜生物反应器
垃圾在堆放填埋过程中，由于厌氧发酵、有机物分解、雨水冲淋及地下水浸泡会产生多种代谢产物和水分，形成渗滤液。研究表明[1]，垃圾渗滤液中含有种类繁多的有机污染物，其中相当数量属于难降解的有毒污染物。由于渗滤液的特殊水质特征，采用常规的生物处理工艺往往难以达到理想的处理效果。在此，对厌氧污泥复合床(UASCB)-序批式膜生物反应器(SMBR)串联工艺处理垃圾渗滤液进行了试验研究，探索了在不同的工艺操作条件下垃圾渗滤液的生物降解效率，为垃圾渗滤液的降解提供了一定的依据。
1 材料与 方法
1.1 垃圾渗滤液水质特征
垃圾渗滤液水样取自昆明市西郊垃圾填埋场的渗滤液蓄水池，水质特征：COD平均浓度为9100 mg/L;NH3-N平均浓度为870 mg/L;pH为7.8;感观性状为深褐色、有恶臭。
1.2 试验系统
由集水槽、进水泵、流量计、蓄水槽、潜水泵、UASCB反应器、膜生物反应器、离心泵及时控开关组成，试验总示意图如图1所示。
图1 实验流程总示意图
1.集水槽;2.进水泵;3.流量计;4.UASCB反应器;5.蓄水槽;6.潜水泵;7.膜生物反应器; 8.离心泵
1.2.1 UASCB反应器
UASCB用有机玻璃柱制作，有效体积8 L，该UASCB的下部区域为污泥床，上部区域为填料床，可以有效阻止污泥的流失。填料直径10 mm，高10 mm，壁厚0.6～0.9 mm，用聚丙稀复合材料注塑。厌氧反应器在(36±1)℃下运行。
1.2.2 膜生物反应器
膜组件主要技术指标为：中空纤维膜外径450μm;内径350μm;膜厚50μm;膜面积4 m2;平均孔径0.1μm;产水量0.6～0.8 t/(d·m2);操作压力≤0.3 ×105 Pa;反应器容积为40 L。试验过程中检测项目为COD、NH4+-N、NO3--N 、NO2--N 、pH、水温、污泥浓度。检测方法均为标准方法。
2 结果与讨论
2.1 系统启动
2.1.1 UASCB的启动[2]
厌氧微生物特别是甲烷菌增殖缓慢，驯化需要较长的时间。本试验厌氧污泥取自昆明市第四污水处理厂硝化池，污泥浓度为7000 mg/L左右。首先进行厌氧污泥的静态间歇培养，温度控制在(36±1) ℃左右，pH为6.8～7.4，每天弃去上清液，并投加人工配制的葡萄糖营养液，C:N:P=100:5:1，COD浓度控制在1000 mg/L，经过一周的培养，投加占厌氧反应器体积40%的厌氧污泥，进行葡萄糖-渗滤液连续进液驯化，开始负荷控制在0.5 kgCOD/(m3·d)，通过一次性投加碳酸钠/碳酸氢钠调节pH不低于6.5。运行30 d后，COD的去除率达到25%左右，再逐步增加负荷。60 d后COD的去除率达到35%以上，测反应器底部污泥浓度达到6300 mg/L，至此认为启动成功。
2.1.2 SMBR的启动
接种污泥取自昆明第四污水处理厂二沉池。先采用人工配水，然后逐步投加厌氧出水，温度控制在35 ℃左右，经过20 d 的驯化培养，污泥浓度达到6000 mg/L左右，一个运行周期为4 h，依次为进水、搅拌、好氧曝气、厌氧和抽吸5个阶段，好氧曝气2.5 h，厌氧1.5 h。
整个系统运行40 d，得到较稳定的COD及NH4+-N的去除率，分别稳定在91.0%～94.0%和79%～84%，驯化基本成功。
2.2 整套工艺的运行效果
本阶段进水浓度分别经历了10、8、6、5、4倍5个稀释比的变化。进水水质见表1。
表1 串联工艺进液水质情况
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时间/d |
进水氨氮/mg·L-1 |
进水COD/mg·L-1 |
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1～10 |
78.13～86.66 |
896.32～912.77 |
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11～21 |
95.24～117.69 |
1113.32～1181.68 |
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22～29 |
134.32～146.92 |
1520.75～1553.14 |
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30～40 41～60 |
151.31～173.18 208.65～232.79 |
1796.31～1827.48 2141.56～2328.23 |
2.1.1 厌氧反应器的COD降解情况
图2表示厌氧反应器的进出水COD以及去除率关系。厌氧反应器运行经历了两个阶段，前40 d，进液流量为1 L/h，厌氧停留时间为8 h，COD降解率基本上在25%以下，本阶段厌氧段对整个工艺COD的降解贡献不大，可以认为厌氧反应主要停留在“水解酸化”阶段。40 d以后，通过减小进液流量，将厌氧反应器的HRT增加到14 h，COD降解率可达到45%。
图2 厌氧反应器COD降解情况
2.2.2 整套工艺运行效果
图3表示整套工艺进水NH4+-N、出水NH4+-N、NO3--N 、NO2--N 以及COD的降解率随时间的变化情况。
图3 整套工艺运行效果
本阶段试验说明了厌氧段进行到不同程度对膜生物反应器脱氮效率有不同的影响。在第10 d时，由于曝气装置出现故障，出水氨氮出现暂时性升高，但很快恢复。当系统稳定运行到35 d时，进水NH4+-N达到162.7 mg/L，进水COD为1813.3 mg/L，此时出水NH4+-N开始上升，最高达到37.8 mg/L，说明硝化能力受到抑制。这是由于降解COD的异养菌抑制了硝化菌的活性。从第40 d开始，将厌氧反应器的HRT延长到14 h，降低膜生物反应器的COD负荷，硝化能力逐渐恢复，第46 d时出水NH4+-N又降到10 mg/L左右。由此可看出，厌氧反应器对系统稳定运行有很好的调节作用。另外，由图3还可看出系统的COD去除率、反硝化能力比较稳定。
2.3 COD/NH4+-N对整套工艺处理效果的影响
C/N比对微生物的生长和有机物的降解有重要影响。原水C/N比大约在10左右，可以看出在以上试验条件下，系统有较好的降解有机物和氨氮的能力。本阶段通过向5倍稀释的原水中适当投加NH4HCO3和葡萄糖来改变C/N比，考察系统的处理能力。由图4可以看出，本套工艺可以适应较宽的C/N比范围。C/N比过大，则厌氧反应器缓冲，不至于对硝化菌过于抑制。C/N比过低，即氨氮负荷过高时，可发挥膜生物反应器特有的优势(对硝化菌的截留作用)，在C/N比为2.5时，进水NH4+-N已达到727.61 mg/L，COD和NH4+-N
的去除率分别在84.64%和81.21%，这一NH4+-N负荷已远高于悬浮式硝化反应体系。
2.4 厌氧段对垃圾渗滤液可生化性的贡献
续批式膜生物反应器中也出现厌氧状态，但厌氧的强度，停留时间还远远不够。前面的UASCB段将渗滤液厌氧酸化，从厌氧降解三阶段 理论 来 分析 ，水解酸化阶段反应速度快，且酸化细菌适应能力强，经过充分厌氧酸化的渗滤液，后续降解更加容易，而且可减少有毒物质的 影响 。 研究 采用膜生物反应器中垃圾渗滤液的COD的去除率与好氧进水COD的比值△COD/CODin(令其为θ)来衡量可生化程度[3]。对比了经过UASCB和未经UASCB处理的垃圾渗滤液在膜生物反应器中COD的降解难易程度(控制膜生物反应器进水浓度及其他参数大致相同)，运行结果见图5。
图4 C/N对系统性能的影响
图5 厌氧段对垃圾渗滤液可生化性的贡献
由图5可看出，当两种情况下进液COD控制在1581.25～1700.27 mg/L时，经厌氧处理θ值在0.89～0.93，而未经厌氧处理θ值在0.76～0.81，即经厌氧处理后，垃圾渗滤液可生化性参数θ平均提高了0.12，提高幅度为15.2%。试验结果表明，UASCB-SMBR串联工艺，厌氧段明显地提高了垃圾渗滤液的可生化程度，使后续处理更加容易，SMBR是厌氧段的修饰和系统总处理效果的保障。
3 结 论
(1)厌氧段对整个系统的调节作用表现在两方面：(1)当进水COD过高时，异养菌过度增殖会抑制硝化菌活性，此时增加厌氧反应器停留时间，可以使膜生物反应器内硝化菌恢复活性;(2)厌氧段可以明显提高垃圾渗滤液的可生化性，提高幅度为15.2%，为后续处理降低难度。
(2)本套工艺可以适应较宽的C/N比范围。
(3)该系统具有容积负荷高、抗冲击能力强、运行稳定可靠、能耗低等特点，为垃圾渗滤液这类难降解废水提供了一种解决方案。
参考 文献
1 何厚波，郑金伟，徐 健.生活垃圾填埋场渗滤液生物处理技术及 应用 .环境 科学 与技术，2003，26(5)：52～54
2 贺延龄.废水的厌氧生物处理.北京： 中国 轻 工业 出版社，1998.130～134
3 李 平，韦朝海，吴超飞，等.厌氧/好氧生物流化床耦合处理垃圾渗滤液的新工艺研究.高校化学工程学报，2002，16(3)：345～350
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