印染廢水升級改造MBBR實驗研究

陳 莉， 雷 睿， 周鵬飛， 劉立娟， 李 雯

（重慶康達環(huán)保產(chǎn)業(yè)（集團）有限公司, 重慶 401121）

0 引言

某污水處理廠設(shè)計規(guī)模為2.0×104m3/d，設(shè)計進水為該市染整工業(yè)園的未經(jīng)預(yù)處理的工業(yè)廢水，該工業(yè)園主要為印染企業(yè)。受工業(yè)園的入駐企業(yè)建設(shè)進度影響，目前企業(yè)排水量較少，現(xiàn)染整工業(yè)園實際工業(yè)廢水排放量約0.8萬m3/d，其余部分為城市綜合廢水（含部分工業(yè)廢水)。采用工藝為預(yù)處理+水解酸化+生物接觸氧化+氣浮+接觸消毒，出水執(zhí)行GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級B標準。隨著新環(huán)保法的頒布實施，原有污水處理工藝已無法滿足新形勢下的環(huán)保要求。目前工藝對NH3-N，TN及CODCr處理效果均不理想，不能達標排放，需對現(xiàn)有工藝進行升級改造。針對進水水質(zhì)波動大、接觸氧化池脫氮能力弱的問題，本次生化池改造應(yīng)結(jié)合現(xiàn)有工藝及場地，強化生化系統(tǒng)對NH3-N，TN的去除，并且具備較強的抗沖擊及恢復(fù)能力，實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

中試試驗為驗證改造方案的可行性，將污水處理廠現(xiàn)有接觸氧化池池容等比例縮小，改造為脫氮效果較好的A/O工藝，投加高性能的懸浮生物填料，形成單位體積生物量大、抗沖擊負荷能力強、傳氧傳質(zhì)效率高、強化脫氮功能的MBBR工藝[1-5]。

1 實驗材料與方法

1.1 實驗裝置

中試裝置工藝流程見圖1。主要設(shè)計參數(shù)見表1。裝置底部采用穿孔管曝氣方式，擾動強，無需檢修。在缺氧區(qū)和好氧區(qū)分別投加青島思普潤水處理有限公司專利產(chǎn)品SPR型懸浮生物填料，填料性能指標見表2。投加的懸浮生物填料在污水中不停地旋轉(zhuǎn)、與污水中的污染物質(zhì)頻繁接觸，同時能夠切割水中的氣泡，大大提高傳質(zhì)、傳氧效率。

圖1 中試工藝流程

表1 中試實驗主要設(shè)計參數(shù)

表2 SPR型懸浮生物填料主要性能參數(shù)

1.2 實驗用水

中試實驗取水點設(shè)在水解酸化沉淀池出水口，進水水質(zhì)與實際運行生物接觸氧化池進水水質(zhì)一致。在實驗過程中，進水NH3－N，TN和CODCr經(jīng)常超出設(shè)計值。水質(zhì)情況見表3。

表3 生化池進水水質(zhì)

1.3 實驗階段劃分及控制參數(shù)

中試試驗階段劃分及控制參數(shù)見表4。

表4 實驗階段劃分及控制參數(shù)

1.4 實驗方法

中試裝置及設(shè)備安裝調(diào)試完畢即開始實驗啟動。MBBR掛膜啟動階段重點控制缺氧區(qū)、好氧區(qū)的填料流化和DO濃度及回流比等。好氧區(qū)ρ（DO）控制在2～4mg/L之間，每日需監(jiān)測CODCr,TN和NH3－N，同時進行生物膜生物相鏡檢。以CODCr,NH3－N和TN的去除率為掛膜成功指標，其氨氮去除率達到80%以上，且穩(wěn)定一周為生物膜活化及馴化成功。由于硝化、反硝化菌生長緩慢，受溫度、水質(zhì)、pH值等因素影響明顯，因此系統(tǒng)馴化預(yù)計啟動的時間為10 d左右。

生物膜馴化成功后，根據(jù)設(shè)計運行參數(shù)，進行正式連續(xù)性生產(chǎn)試驗。系統(tǒng)穩(wěn)定運行3周，每日監(jiān)測系統(tǒng)進、出水CODCr，NH3－N及TN等水質(zhì)指標，同時考察好氧區(qū)的硝化能力、缺氧區(qū)的反硝化能力以及碳源投加量等。按設(shè)計運行參數(shù)穩(wěn)定運行3周后，調(diào)整各運行參數(shù)（回流比，DO及碳源投加量等）運行1周，在出水水質(zhì)穩(wěn)定達標的前提下，實現(xiàn)系統(tǒng)運行參數(shù)最優(yōu)。

1.5 監(jiān)測指標及分析方法

中試實驗監(jiān)測指標及水質(zhì)分析監(jiān)測方法見表5[6]。

表5 監(jiān)測指標及水質(zhì)分析監(jiān)測方法

2 結(jié)果與討論

2.1 MBBR掛膜啟動階段

實驗啟動第1天下午取污水廠接觸氧化池內(nèi)污泥加入中試裝置進行掛膜，采用快速排泥法進行掛膜[7－8]，將接種污泥與污水混合后靜置 24 h，使污泥與填料充分接觸起到接種微生物的作用，排掉上清液，之后連續(xù)進水，并逐漸加大進水負荷，第2～第5天逐漸提高進水量從0.05～0.15 m3/h，附著在填料上的微生物在營養(yǎng)充足條件下會迅速繁殖。根據(jù)設(shè)計方案優(yōu)化調(diào)控運行參數(shù)，檢驗生物膜馴化效果。

2.1.1 填料掛膜情況

經(jīng)過4 d培養(yǎng)馴化，填料已開始掛膜；隨著試驗的進行，啟動后期填料掛膜逐漸趨于成熟，鏡檢可觀察到大量的鐘蟲、輪蟲等原生動物和后生動物，微生物相豐富，見圖2和3。MBBR系統(tǒng)對NH3－N去除率在第3天已達到84%，經(jīng)過10 d左右掛膜馴化完成[9]。

圖2 填料掛膜情況

圖3 生物鏡檢輪蟲

2.1.2 啟動階段運行效果

系統(tǒng)啟動階段對NH3－N，TN及CODCr去除效果見圖4～6。

圖4 啟動階段NH3-N去除效果

圖5 啟動階段TN去除效果

圖6 啟動階段COD去除效果

由圖4～6可知，啟動馴化階段進水水質(zhì)偏高，且波動較大。

由圖4可知，在啟動第3天，NH3－N去除率即已達到84%，到第6天后穩(wěn)定在90%以上。該SPR型懸浮填料對硝化菌有較好的聚集左右，系統(tǒng)對NH3－N有很好的去除效果，進水NH3－N平均質(zhì)量濃度為33.4 mg/L，出水平均為4.3 mg/L，平均去除率為86.82%，出水NH3－N穩(wěn)定達到一級A標準。

由圖5可知，啟動階段系統(tǒng)對TN去除效果不理想。進水TN平均質(zhì)量濃度為46 mg/L，出水平均為29.43 mg/L，平均去除率為36.14%，出水TN均不能達到一級A標準。分析原因可能由于反硝化菌世代周期較長，一般在15 d左右，啟動初期反硝化菌數(shù)量較少所致。

由圖6可知進水CODCr平均質(zhì)量濃度為234.8 mg/L，出水平均為98.34 mg/L，平均去除率為58.52%。系統(tǒng)對CODCr去除效果不理想，出水CODCr偏高。

2.2 MBBR穩(wěn)定運行階段

2.2.1 對NH3－N去除效果

MBBR穩(wěn)定運行階段對NH3－N的去除效果見圖7。進水NH3－N濃度波動較大，質(zhì)量濃度在14.71～61.8 mg/L波動，出水NH3－N平均質(zhì)量濃度為2.13 mg/L，處于穩(wěn)定達標（一級A）狀態(tài)，平均去除率為93.39%。系統(tǒng)具有較強的適應(yīng)沖擊的能力，且隨著填料生物膜的馴化成熟，微生物種類及數(shù)量還會有很大程度提高，進而表現(xiàn)出更加穩(wěn)定高效的去除能力和較強的抗沖擊能力。

圖7 穩(wěn)定運行階段對NH3-N去除效果

2.2.2 對TN去除效果

MBBR對TN的去除效果見圖8。

圖8 穩(wěn)定運行階段對TN去除效果

由圖8可以看出，進水TN波動較大，質(zhì)量濃度在22.3～73.27 mg/L間波動，平均質(zhì)量濃度為43.25 mg/L，出水ρ（TN）平均為 16.14 mg/L，平均去除率為61.79%。出水TN最高達到34.7 mg/L，在11～20 d出水均大于15 mg/L?？紤]到該實驗在7月份實施，有利于硝化菌的培養(yǎng)，而出水反硝化效果一直不佳，出水TN均不能達到一級A標，是否存在碳源不足問題。根據(jù)出水硝態(tài)氮數(shù)據(jù)平均質(zhì)量濃度為25 mg/L，從21 d開始按照出水硝態(tài)氮去除10 mg/L考慮投加碳源（乙酸鈉）80 mg/L。由圖8可以看出隨著碳源的投加，出水TN濃度驟降，達到一級A標。分析主要原因是碳源投加去除掉大量硝態(tài)氮，使得TN濃度降低。第29～35 d出水TN又出現(xiàn)不能穩(wěn)定達標，分析其進水TN濃度升高明顯，可能存在反硝化碳源不足，增加乙酸鈉投加量至100 mg/L，隨后出水TN達標排放。

2.2.3 對CODCr的去除效果

MBBR對CODCr的去除效果見圖9。由于該廠進水中工業(yè)廢水基本為未經(jīng)處理的印染廢水，還含有少量垃圾滲濾液，導(dǎo)致進水CODCr濃度變化較大，質(zhì)量濃度在124.72～426.75 mg/L波動。CODCr出水隨著進水的變化仍呈現(xiàn)一個正相關(guān)特性，質(zhì)量濃度在47.6～251.9 mg/L波動，平均為 80.22 mg/L，CODCr平均去除率為64.4%。雖MBBR填料能增加微生物種類及數(shù)量，但由于廢水中含有大量難生物降解物質(zhì)，出水CODCr不能達到一級A標，還需進一步深度處理。

圖9 穩(wěn)定運行階段對CODCr去除效果

3 結(jié)論與建議

（1）SPR型懸浮填料掛膜情況良好，適應(yīng)性強，可快速富集微生物，啟動馴化速度快。

（2）MBBR系統(tǒng)對NH3－N和TN處理效果較好。NH3－N平均去除率為93.4%，平均出水質(zhì)量濃度為2.13 mg/L，達到一級 A標；TN平均去除率在61.79%，平均出水質(zhì)量濃度為16.14 mg/L，排除前期碳源不足造成出水TN偏高，在增加外碳源投加后可達到一級A排放標準。

（3）MBBR系統(tǒng)具有較強的抗沖擊的能力。在受到較大的進水水質(zhì)沖擊波動，出水NH3－N穩(wěn)定達到一級A標，在及時調(diào)整外碳源投加量情況下，TN也能穩(wěn)定達到一級A標。

（4）本中試實驗僅投加乙酸鈉作為反硝化外碳源，下一步建議可選擇幾種碳源進行對比實驗，摸索不同外碳源投加反硝化過程反應(yīng)條件和反應(yīng)機理，確定各種碳源的C/N最佳投加比例和投加量，去除效果和反硝化速率，通過技術(shù)經(jīng)濟性比較確定外碳源利用效率最佳的外碳源及相關(guān)技術(shù)經(jīng)濟指標。