复合式膜生物反应器处理高浓度氨氮废水可行性试验.pdf

[ 11] Kanagawa F S. . Electrode Catalyst and for Production Thereof . EP 0319489 A ,1989. [ 12] 张招贤. 钛基二氧化铅的改进和应用. 氯碱工业, 1996, 8 17 -22. [ 13] 徐品弟, 柳厚田. 掺杂的 PbO2电极性能的研究. 蓄电池, 1994, 2 1-6. 作者通讯处 王建飞 100083 中国地质大学 北京 水资源与环境 学院 S0505信箱 电话 010 82320507 E -mail Frodowang Gmail. com 2006- 09-06 收稿 复合式膜生物反应器 处理高浓度氨氮废水可行性试验 ＊ 张竹青 胡明忠 张 龙 长春工业大学化学工程学院, 吉林 130012 摘要 试验结果表明, 以甲壳素为载体的复合式膜生物反应器, 在进水氨氮浓度为2 100 mg L, 氨氮容积负荷为 2. 19 kg m3d 时, 氨氮去除率接近 100, 系统运行稳定。 载体投加量为2. 778 g L时, 膜通量可维持在 87左右。 关键词 高浓度氨氮废水 复合式膜生物反应器 膜污染 ＊长春工业大学校内基金项目 05103 0 引言 由于硝化细菌世代周期长 , 加之污泥流失等原 因,在普通的硝化反应系统中, 单位体积内难于富集 高浓度的硝化细菌, 这正是普通生物方法难于有效地 处理高浓度氨氮废水的关键所在。 已有研究表明 [ 1] 污水中硝化细菌的浓度与硝化 速率成正比。而在普通活性污泥系统中投加载体可 增加体系单位体积微生物总量 。 膜生物反应器 membrane bioreactor, 简称MBR 中 的微滤膜组件即可将微生物完全截留在膜生物反应 器内,从而保证了硝化细菌不会流失 。国内已有研 究 [ 2] 采用膜生物反应器处理高浓度氨氮废水, 当原水 氨氮浓度在1 400 mg L左右时 , 氨氮的去除率可达 99,但膜污染情况严重, 且当进水氨氮浓度继续增 加至2 000 mg L以上时, 膜反应器体系运行情况突然 恶化,出水中 NH 4-N 迅速积累, 硝化细菌大量死亡, 系统硝化功能丧失。 本实验旨在研究复合式膜生物反应器 hybrid membrane bioreactor, 简称 HMBR 处理高浓度氨氮废 水,特别是氨氮浓度 ≥ 2 000 mg L时的可行性 ,以及载 体的存在是否有利于减轻膜污染现象。 1 试验方法与试验材料 1. 1 试验工艺流程与装置 HMBR工艺主要采用曝气池和超滤膜组件两部 分组成 见图 1 。曝气池有效容积10 L , 按1. 108 g L 1进水瓶; 2止水夹; 3进水管; 4气体流量计; 5空压机; 6加热棒; 7生物反应器; 8微孔曝气头; 9取样孔; 10膜丝; 11膜组件; 12PVC 管线; 13贮水瓶; 14压力表; 15真空泵。 图1 HMBR工艺流程 的比例投加甲壳素 ; 膜组件置于生物反应器中, 膜下 采用微孔曝气头曝气 。试验采取间歇方式运行,投加 2 500 mL活性污泥 , 温度 281℃, 进水 pH 7. 5 ～ 8. 2,DO≥4. 0 mg L , 一个反应周期为24 h, 其中曝气 反应23 h,污泥沉降 、膜组件抽吸出水及反应器进水 在1 h内完成。系统抽吸出水及进水同时进行, 真空 泵采用恒定操作压力 ,通过止水阀调节流速使进水流 速同出水流速相同, 进水与处理后水在反应器中以推 流方式上升流动 ,基本无混溶现象发生 , 试验期间不 32 环 境 工 程 2007年 6 月第25 卷第3 期 排泥 。 1. 2 试验材料 1 模拟废水 实验用模拟废水采用 NH4Cl 和 NaHCO3配制的无机氨氮废水。其中, 氨态氮与碱度 以 CaCO3计 质量比为 1∶ 8. 0。反应器运行时添加 适量无机微量元素营养液 。 2 菌种 接种污泥取自长春市大成玉米加工有 限公司污水站好氧污泥池 。经模拟废水驯化 1 周后 用于试验 。 3 膜组件 选用聚偏氟乙烯中空纤维微孔滤 膜,膜孔径 0. 007 μ m, 切割分子量 10 000。 2 试验结果与分析 2. 1 操作压力对膜通量的影响 膜生物反应器中加入自来水, 在无活性污泥存在 的条件下 ,测定操作压力与膜通量关系曲线, 见图 2。 图 2 操作压力对膜通量的影响 超滤膜组件的膜通量随操作压力的升高而呈线 性增长 。试验中操作压力最多只能达到0. 09MPa ,在 此操作压力范围内没有测到膜通量的上限 。当抽吸 压力为0. 03 MPa时, 膜通量为26. 98 L m 2 h , 可在 14 min内完成换水 , 满足试验换水时间的需要 。另 外,操作压力的增加会进一步引起膜面浓差极化现 象,加剧膜污染 ,导致膜的出水通量降低 ,缩短膜的使 用时间,增加膜组件的清洗频率 。因此 , 在以后的试 验中将操作压力定为在低压力0. 03 MPa下抽吸出水 。 2. 2 氨氮负荷增加试验 氨氮 负 荷 增 加 试 验 中 进 水 氨 氮 浓 度 由 166. 67 mg L开始, 基本上按 10 的比例递增 。当出 水中氨氮浓度 1 mg L, 硝态氮浓度稳定时, 提高进 水氨氮浓度。系统运行情况如图 3所示。 进水氨氮浓度 166. 67～ 300 mg L时, 在每一氨氮 负荷 下 , 运行 达稳 定 时, 出 水中 氨 氮浓 度 均 120 mg L ,足以抑制硝化细菌的生物 活动 ,而此时体系中亚硝化细菌的生物降解功能并未 受到影响。 HMBR 体系 进水 氨氮的 容积 负荷在 0. 17 ～ 2. 19 kg m 3d 之间变化时 ,系统的NH 4-N 去除率始 终接近 100。其所能降解的氨氮浓度2 100 mg L已 超过普通MBR工艺所能承受的最大值2 000 mg L [ 2] , 且运行稳定 。 2. 3 污泥指数 SV 的变化 在整个运行区间, 体系污泥的沉降性能较好, 见 图4。系统稳定运行时 ,SV 指数较低。这是由于载体 甲壳素的存在, 使硝化细菌更多地选择附着生长在载 体上 ,悬浮相污泥量相对较少 。 图 4 HMBR 体系 SV 随时间变化情况 2. 4 载体甲壳素对膜污染的影响 图5 反映了膜通量在不同甲壳素添加量时随时 33 环 境 工 程 2007年 6 月第25 卷第3 期 间变化情况。由图可知, 反应器内全部为活性污泥 时,反应器启动后膜通量即迅速下降, 短时期内降至 初始膜通量的 51. 7; 投加甲壳素后, 组件膜通量的 下降整体上趋缓 ,甲壳素投加量为1. 106 g L时 ,JV稳 定在初始膜通量的80. 8; 甲壳素投加量为2. 778 g L 时,膜通量维持在初始膜通量的 87 左右 。可见, 甲 壳素的加入对于减轻膜污染有着重要的作用 ,减少了 膜的清洗次数, 变相延长了膜的使用寿命。 图 5 甲壳素投加量对膜通量的影响 2. 5 膜污染物成分分析及膜清洗技术 膜组件分离的对象为反应器内的泥水混合物 [ 3] 。 本试验 HMBR 系统进水为无机氨氮配水 , 因此反应 器中以 N 的各种无机离子为主 。配水中营养液的添 加使泥水混合物中还会有少量的金属离子的存在。 微生物在新陈代谢过程中会分泌一些胞外多聚物 ,如 多糖 、 多肽 ,产生一些代谢中间产物 。细胞死亡以后, 其残体一部分可被其它细菌所利用 ,一部分存在污泥 混合液中 。在膜组件抽吸过程中, 这些物质将有一部 分随出水排出反应器 。最后, 残留在活性污泥混合液 中的部分即为最终到达膜面, 形成膜堵塞的物质。本 阶段试验中膜堵塞物的化学组成可以定性地描述为 无机成分为主, 兼有有机物质成分的类型。 HMBR反应器中有机物的成分较少 ,因而可以预 测膜污染可能主要为泥饼在膜丝上的积累。同时 ,考 虑到膜自身的酸碱使用范围, 决定膜组件的清洗采取 常温下物理清洗和化学清洗相结合的方法 。具体包 括3 个步骤 第 1 步 , 清水洗 。利用自来水交替进行 正向冲洗和反向冲洗 。反复进行, 直至冲洗水中无肉 眼可见悬浮物。第 2 步,酸洗。目的为溶出膜面及膜 孔中的无机离子 ,某些与无机离子结合的有机成分也 随之脱离膜面及膜孔 。第 3 步, 碱洗 。目的是去除膜 上的有机物成分 。膜清洗过程大约需要 40 ～ 60 min。 清洗后膜通量恢复情况见图 6。 图 6 膜清洗后膜通量恢复情况 3 结论 1 采用 HMBR处理高浓度氨氮废水 ,系统氨氮 负荷能力增加较块 ,运行稳定, 出水氨氮去除率接近 100。 2 添加载体的 HMBR 体系与普通活性污泥 MBR 体系相比 , 本系 统的氨氮 容积负荷 提高了 0. 19 kg m 3d , 可见载体的投加有助于提高系统的 硝化反应能力。 3 载体甲壳素的存在很大程度上降低了 HMBR 体系膜组件的污染。 4 进水氨氮浓度较高时≥500 mg L , 出水中 NO - 2- N 占系统去除氨氮总量的 87 ～ 98 , 基本实 现了短程亚硝化 。 参考文献 [ 1] 陈金生, 史家梁, 徐亚同等. 硝化速率测定和硝化细菌计数考察 脱氮效果的应用. 上海环境科学, 1996, 15 3 18 -20. [ 2] 李红岩. 一体式膜生物反应器处理高浓度氨氮废水特性研究. 西安建筑科技大学硕士论文,2001. [ 3] Houghton J L , Quar mby J.et al . Municipal Wastewater Sludge Dewaterability and the Presence of Microbial Extracellular Polymer. Water Science and Technology , 2001, 44 373-379. 作者通讯处 张竹青 130012 吉林省长春市延安大街 17 号 长春 工业大学化学工程学院环境工程系 E -mail zhangzhuqing yahoo. com. cn 2006- 09-12 收稿 欢迎登陆“环境工程网” http www. hjgc . net . cn http www. hjgc . com. cn 34 环 境 工 程 2007年 6 月第25 卷第3 期 WASTEWATER AND THE REUSE OF RECLAIMED WATER IN DISCRETE RESIDENTIAL AREASYang Qun Zhang Beiping Yang Gaohua et al 24 Abstract With the example of the construction of the wastewater advanced treatment and the reclaimed water reuse system of Gardening Resident Park in the east-west district of Wuhan, it is recommended a kind of biochemical -physico -chemical -ecological process of domestic wastewater treatment. This process is especially suitable for advanced treatment and the reuse of domestic wastewater of discrete residential areas, whose nitrogen content of the wastewater is higher. It has the advantages of stable working efficiency, low energy consumption, less land and easy coordination with the soundings. Keywords discrete residential areas, advarrced treatment of domestic wastewater, reuse of reclaimed water, membrane -biological-reactor with A -A -O route SUBMERGED MEMBRANE BIOREACTOR FOR SLAUGHTERING WASTEWATER TREATMENT Li Zhidong Li Na Zhang Honglin et al 27 Abstract In this examination, it is carried out 90 -day period experiment for studying on the treatment of slaughtering wastewater by MBR. The results show that the average removal rate of CODCris over 95 and the removal rate of BOD5is stable;the removal rate of NH3-N is 93. 7; the removal rate of TSS, turbidity, SS and animal oil fat are respectively over 99. 0, 99. 0, 99. 3, 95. 8. Membrane pollution did not occur during the operation of 90 d. Keywords membrane bioreactor and slaughter wastewater A STUDY ON DOMESTIC WASTEWATER TREATMENT BY ELECTROCATALYTIC OXIDATION Wang Dingguo Wang Jianfei Li Binghua 29 Abstract Three kinds ofmental oxide modified electrode, Ti SnO2-Sb2O3、Ti RuO2-IrO2and Ti SnO2-Sb2O3-MnO2 PbO2,were made in the experiment. They were used to treat glucose solution to choose the best efficient electrode which is used to treat domestic waste water. Finally, Ti SnO2-Sb2O3-MnO2 PbO2was selected as the best anode. It had been investigated that the effects of electrolysis time, electrolysis current density and electrolyte concentration on the electrolytic efficiency . Keywords electrocatalytic oxidation, Ti SnO2-Sb2O3-MnO2 PbO2electrode, glucose solution and domestic wastewater FEASIBILITY TEST OF TREATING HIGHCONCENTRATION NH3-N WASTEWATERBY HYBRID MEMBRANE BIOREACTORZhang Zhuqing Hu Mingzhong Zhang Long 32 Abstract The removing rate of NH3-N of a hybrid membrane bioreactor using chitin as carrier can almost achieve 100, while the influent NH3-N concentration is 2 100 mg L, and the ammonium loading is 2. 19 kg m3d. The running state of the system is stable. As the amount of chitin is 2. 778 g L, the membrane flux rate remains about 87. Keywords high concentration NH3-N wastewater, hybrid membrane bioreactor and membrane pollution SIMULATIVE EXPERIMENT ON NITROGEN TRANSLATION OF POLLUTED WATER Yu Ying Chen Fanzhong Sheng Yanqing et al 35 Abstract Taking the badly polluted municipal river as the studying targets, the relationship between nitrogen translation and environment conditionswas obtainedthrough this simulated experiment. The results showedthat when the water sampleswere indoor or outside, the variability of ammonia concentration presented very quickly, but the concentrations of nitrite and nitrate were almost not variable. However, when the water samples were put into incubator, their corresponding concentrations were no longer increased or decreased evidently . The effect of photosynthetic bacteria on nitrogen translation also was studied at the same time. It showed that photosynthetic bacteria can accelerate nitrogen translation when the water samples were indoor or outside, but the velocity of nitrogen translation would slow down when the samples were put into incubator. Keywords municipal river, nitrogen translation and photosynthetic bacteria THE TESTING CONDITIONS OF AIR STRIPPING AS A PRETREATMENT FOR AMMONIA NITROGEN IN COKE PLANT WASTEWATER AND PROJECT APPLICATION Li Ruihua Wei Chaohai Wu Chaofei et al 38 Abstract Aiming at the severe impact on the sequent biotreatment with ammonia nitrogen in coke plant wastewater, the influencing factors on the removal rate of ammonia nitrogen including the temperature of the wastewater, the air liquid ratio, the stripping time and the predictive pH on the remove rate of ammonia nitrogen were investigated in the bench -scale reactor. The results showed that when treating the coke plant wastewater with the optimal operational conditions, under the wastewater scale of 70 m3 h, the removal rate of ammonia nitrogen reached 68～ 85, and there was basically no influence on the process of sequent biotreatment. Keywords air stripping, coke plantwastewater, ammonia nitrogen and pretreatment THE STUDY ONBIOPURIFICATIONOF NH3, H2S ANDTRIMETHYLAMINE -CONTAINING ODOR FROM AQUATIC FEEDHu Fang Wei Zaishan Ye Weijun 41 Abstract It was selected the major components of the odor from aquatic feed factory, and hydrogen sulfide, ammonia and trimethylamine were taken as the target pollutants. Biological packed column was used for treating these pollutants. The research aimed at understanding the parameters affecting bioreactor perance. The results were as follows the biotic community in the packed column had a good ability to degrade the target pollutants and the inlet concentration, gas flux and spray streams capacity had a little effect on the odor removal efficiency . When the inlet concentrationwas no more than 300 mg m3, the gas flow was no more than 0. 45 m3 g the residence time was no less than 20 sand the 3 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 25,No. 3, Jun. , 2007