印染废水升级改造MBBR实验研究

2017-09-05周鹏飞刘立娟

环境科技 2017年1期

陈莉，雷睿，周鹏飞，刘立娟，李雯

（重庆康达环保产业（集团）有限公司, 重庆 401121）

0 引言

某污水处理厂设计规模为2.0×104m3/d，设计进水为该市染整工业园的未经预处理的工业废水，该工业园主要为印染企业。受工业园的入驻企业建设进度影响，目前企业排水量较少，现染整工业园实际工业废水排放量约0.8万m3/d，其余部分为城市综合废水（含部分工业废水)。采用工艺为预处理+水解酸化+生物接触氧化+气浮+接触消毒，出水执行GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B标准。随着新环保法的颁布实施，原有污水处理工艺已无法满足新形势下的环保要求。目前工艺对NH3-N，TN及CODCr处理效果均不理想，不能达标排放，需对现有工艺进行升级改造。针对进水水质波动大、接触氧化池脱氮能力弱的问题，本次生化池改造应结合现有工艺及场地，强化生化系统对NH3-N，TN的去除，并且具备较强的抗冲击及恢复能力，实现系统的稳定运行。

中试试验为验证改造方案的可行性，将污水处理厂现有接触氧化池池容等比例缩小，改造为脱氮效果较好的A/O工艺，投加高性能的悬浮生物填料，形成单位体积生物量大、抗冲击负荷能力强、传氧传质效率高、强化脱氮功能的MBBR工艺[1-5]。

1 实验材料与方法

1.1 实验装置

中试装置工艺流程见图1。主要设计参数见表1。装置底部采用穿孔管曝气方式，扰动强，无需检修。在缺氧区和好氧区分别投加青岛思普润水处理有限公司专利产品SPR型悬浮生物填料，填料性能指标见表2。投加的悬浮生物填料在污水中不停地旋转、与污水中的污染物质频繁接触，同时能够切割水中的气泡，大大提高传质、传氧效率。

图1 中试工艺流程

表1 中试实验主要设计参数

表2 SPR型悬浮生物填料主要性能参数

1.2 实验用水

中试实验取水点设在水解酸化沉淀池出水口，进水水质与实际运行生物接触氧化池进水水质一致。在实验过程中，进水NH3－N，TN和CODCr经常超出设计值。水质情况见表3。

表3 生化池进水水质

1.3 实验阶段划分及控制参数

中试试验阶段划分及控制参数见表4。

表4 实验阶段划分及控制参数

1.4 实验方法

中试装置及设备安装调试完毕即开始实验启动。MBBR挂膜启动阶段重点控制缺氧区、好氧区的填料流化和DO浓度及回流比等。好氧区ρ（DO）控制在2～4mg/L之间，每日需监测CODCr,TN和NH3－N，同时进行生物膜生物相镜检。以CODCr,NH3－N和TN的去除率为挂膜成功指标，其氨氮去除率达到80%以上，且稳定一周为生物膜活化及驯化成功。由于硝化、反硝化菌生长缓慢，受温度、水质、pH值等因素影响明显，因此系统驯化预计启动的时间为10 d左右。

生物膜驯化成功后，根据设计运行参数，进行正式连续性生产试验。系统稳定运行3周，每日监测系统进、出水CODCr，NH3－N及TN等水质指标，同时考察好氧区的硝化能力、缺氧区的反硝化能力以及碳源投加量等。按设计运行参数稳定运行3周后，调整各运行参数（回流比，DO及碳源投加量等）运行1周，在出水水质稳定达标的前提下，实现系统运行参数最优。

1.5 监测指标及分析方法

中试实验监测指标及水质分析监测方法见表5[6]。

表5 监测指标及水质分析监测方法

2 结果与讨论

2.1 MBBR挂膜启动阶段

实验启动第1天下午取污水厂接触氧化池内污泥加入中试装置进行挂膜，采用快速排泥法进行挂膜[7－8]，将接种污泥与污水混合后静置 24 h，使污泥与填料充分接触起到接种微生物的作用，排掉上清液，之后连续进水，并逐渐加大进水负荷，第2～第5天逐渐提高进水量从0.05～0.15 m3/h，附着在填料上的微生物在营养充足条件下会迅速繁殖。根据设计方案优化调控运行参数，检验生物膜驯化效果。

2.1.1 填料挂膜情况

经过4 d培养驯化，填料已开始挂膜；随着试验的进行，启动后期填料挂膜逐渐趋于成熟，镜检可观察到大量的钟虫、轮虫等原生动物和后生动物，微生物相丰富，见图2和3。MBBR系统对NH3－N去除率在第3天已达到84%，经过10 d左右挂膜驯化完成[9]。

图2 填料挂膜情况

图3 生物镜检轮虫

2.1.2 启动阶段运行效果

系统启动阶段对NH3－N，TN及CODCr去除效果见图4～6。

图4 启动阶段NH3-N去除效果

图5 启动阶段TN去除效果

图6 启动阶段COD去除效果

由图4～6可知，启动驯化阶段进水水质偏高，且波动较大。

由图4可知，在启动第3天，NH3－N去除率即已达到84%，到第6天后稳定在90%以上。该SPR型悬浮填料对硝化菌有较好的聚集左右，系统对NH3－N有很好的去除效果，进水NH3－N平均质量浓度为33.4 mg/L，出水平均为4.3 mg/L，平均去除率为86.82%，出水NH3－N稳定达到一级A标准。

由图5可知，启动阶段系统对TN去除效果不理想。进水TN平均质量浓度为46 mg/L，出水平均为29.43 mg/L，平均去除率为36.14%，出水TN均不能达到一级A标准。分析原因可能由于反硝化菌世代周期较长，一般在15 d左右，启动初期反硝化菌数量较少所致。

由图6可知进水CODCr平均质量浓度为234.8 mg/L，出水平均为98.34 mg/L，平均去除率为58.52%。系统对CODCr去除效果不理想，出水CODCr偏高。

2.2 MBBR稳定运行阶段

2.2.1 对NH3－N去除效果

MBBR稳定运行阶段对NH3－N的去除效果见图7。进水NH3－N浓度波动较大，质量浓度在14.71～61.8 mg/L波动，出水NH3－N平均质量浓度为2.13 mg/L，处于稳定达标（一级A）状态，平均去除率为93.39%。系统具有较强的适应冲击的能力，且随着填料生物膜的驯化成熟，微生物种类及数量还会有很大程度提高，进而表现出更加稳定高效的去除能力和较强的抗冲击能力。

图7 稳定运行阶段对NH3-N去除效果

2.2.2 对TN去除效果

MBBR对TN的去除效果见图8。

图8 稳定运行阶段对TN去除效果

由图8可以看出，进水TN波动较大，质量浓度在22.3～73.27 mg/L间波动，平均质量浓度为43.25 mg/L，出水ρ（TN）平均为 16.14 mg/L，平均去除率为61.79%。出水TN最高达到34.7 mg/L，在11～20 d出水均大于15 mg/L。考虑到该实验在7月份实施，有利于硝化菌的培养，而出水反硝化效果一直不佳，出水TN均不能达到一级A标，是否存在碳源不足问题。根据出水硝态氮数据平均质量浓度为25 mg/L，从21 d开始按照出水硝态氮去除10 mg/L考虑投加碳源（乙酸钠）80 mg/L。由图8可以看出随着碳源的投加，出水TN浓度骤降，达到一级A标。分析主要原因是碳源投加去除掉大量硝态氮，使得TN浓度降低。第29～35 d出水TN又出现不能稳定达标，分析其进水TN浓度升高明显，可能存在反硝化碳源不足，增加乙酸钠投加量至100 mg/L，随后出水TN达标排放。

2.2.3 对CODCr的去除效果

MBBR对CODCr的去除效果见图9。由于该厂进水中工业废水基本为未经处理的印染废水，还含有少量垃圾渗滤液，导致进水CODCr浓度变化较大，质量浓度在124.72～426.75 mg/L波动。CODCr出水随着进水的变化仍呈现一个正相关特性，质量浓度在47.6～251.9 mg/L波动，平均为 80.22 mg/L，CODCr平均去除率为64.4%。虽MBBR填料能增加微生物种类及数量，但由于废水中含有大量难生物降解物质，出水CODCr不能达到一级A标，还需进一步深度处理。