1.3 污泥培养驯化
接种污泥取自纺织印染厂的厌氧池,所取污泥形态为黑色的颗粒状厌氧污泥.控制反应器中污泥MLSS为4 000 mg/L.
污泥培养过程中,好氧区进行闷曝,缺氧区连续搅拌.每12 h排出上清液,加入C∶N∶P=100∶5∶1的配置污水.排水采用静态操作,沉淀1 h后排出70%的上清液, 14 d后好氧污泥培养成功.污泥驯化过程采用连续进水、间歇出水的方式运行,印染废水的比例按照设计流量的15%加入,直至装置满负荷运行.驯化过程共历时14 d, CODCr去除率保持在85%以上,装置进入正常运行周期.
1.4 试验内容
本试验因素为水力停留时间HRT(Hydraulic Retention Time)、曝气量、进水pH,考察指标为CODCr和色度.印染废水属难降解废水,需要较长的HRT以保证出水水质.本试验确定的3个HRT分别为24 h,30 h,36 h.在每个HRT运行期间,通过空气流量计控制曝气量在0.40~1.36 m3/h之间由低到高变动,保持温度在25℃左右.从出水水质情况来选定合适的HRT,曝气量.最后调节进水pH值在5.0~9.0之间变化,观察pH值对系统的影响,选定适宜的pH值.试验期间未排泥.经过上一阶段的试验后,得到系统的最佳运行工艺条件,调整装置在此条件下运行,检测进出水水质变化,以CODCr,色度和浊度为主要参数,考察装置对印染废水的处理效果,同时考察了膜组件的出水压力变化情况.
2·结果与讨论
2.1 对工艺条件的研究
2.1.1 HRT,曝气量对CODCr处理效果的影响
所选HRT下CODCr去除率随曝气量的变化如图2所示.从图2中可以看出,在HRT为36 h和30 h时,曝气量的变化对CODCr去除率曲线呈现相似的变化规律, CODCr去除率都是随着曝气量的增大先增加后减小.当曝气量在0.56~0.8 m3/h (DO在3.0~5.0 mg/L)之间变化时, CODCr的去除率一直保持在85%以上;曝气量再升高发现CODCr去除率降至80%左右,出水CODCr有上升趋势.曝气量太高,曝气产生的强烈的空气搅拌会把污泥絮粒打碎,胶体态颗粒和有机物将从中释放出来,使出水CODCr增高,并引起膜的污染,从而导致膜通量的下降[3],同时也使能耗增加.当曝气量<0.56 m3/h(DO<3.0)时,出水CODCr浓度偏高.这是因为当系统中DO太低时,活性污泥出现了严重缺氧,影响了污泥絮粒内部细菌的代谢速率.当HRT为24 h时, CODCr去除率出现较大波动,最低值为69.86%,出水CODCr浓度较高.过小的HRT导致了CODCr去除率的下降,这主要是因为印染废水中的有机物成分复杂,处理难度较大, CODCr降解主要是膜生物反应器内多种好氧微生物作用完成的,微生物生长、繁殖及降解有机物过程需要较长的HRT,因此在HRT较小时出水水质较差.
2.1.2 HRT,曝气量对色度处理效果的影响
染料组分多为难生物降解物,染料分子在好氧条件下很难破坏,色度难以去除,试验中加入了缺氧单元以提高色度的去除效果.试验过程中,进水的色度在360~420倍之间变化,所选HRT下色度去除率随曝气量的变化如图3所示.从图3中可以看出, HRT为24 h和30 h时,色度去除率较稳定,平均值分别为94.5%和92.2%,出水色度平均仅为20,30倍.当HRT增加为36 h时,色度的去除率较低,平均仅为82.5%,且出水色度出现较大波动.
HRT较小时,微生物的降解作用和膜的截留作用强化了MBR对色度的去除效果,色度去除率较好;随着难降解有机物的不断积累,膜区内色度上升,并影响到出水色度, HRT由24 h增加至30 h时色度去除率降低,但没有受到较大影响.然而,当HRT增加至36 h时,色度的去除率显著较低.分析认为:可能是在低HRT下,缺氧区活性污泥经历了一个高负荷的反应阶段,大量难降解有机物在反应器中富集,易于培养、驯化出适于降解染料分子的优势菌种;在高HRT下,随着难降解染料分子在系统中的不断积累,增加了对水解酸化段及好氧段微生物的毒性影响,从而影响了系统对色度的去除效果[4].同时还可以看出,在相同HRT的条件下,曝气量的大小对色度的去除率影响不大.这主要是因为色度的去除主要是缺氧区污泥与膜分离装置共同作用的结果,好氧区污泥对色度去除影响较小.部分难降解的大分子有机物在缺氧区被水解酸化成易被好氧微生物分解的小分子有机物,在好氧区进一步降解去除,部分大分子有机物进入好氧区被超滤膜截留在反应器中,废水的色度得以去除.综合CODCr及色度的去除效果,本文确定试验的HRT为30 h,曝气量在0.56~0.8 m3/h (DO在3.0~5.0 mg/L)之间变化.
2.1.3 进水pH对CODCr,色度处理效果的影响
在确定了HRT以及曝气量的基础上,利用NaOH以及H2SO4调节进水的pH值,使得进水的pH值分别为5.0,6.0,7.0,8.0和9.0. CODCr和色度的平均去除率随pH的变化见图4.
从图4中可以看出,当进水pH值在5.0~9.0之间变化时, CODCr,色度去除率均呈现先增加后降低的趋势;当进水pH为8.0时,均达到最大值,分别为91.32%,90.32%.混合液中的pH不仅影响活性污泥微生物胞外酶及存在于细胞质和细胞壁内酶的催化作用,以及微生物对营养物的吸收,而且还影响微生物的分布和活性[5].对色度而言,其去除主要是厌氧微生物和膜共同作用的结果,色度去除率随着pH值的升高而升高,一方面说明厌氧水解消耗碱度,酸性进水比碱性进水更会抑制染料的水解过程;另一方面也说明pH值升高对细胞膜的电荷状况产生了影响,影响了菌体对营养物质的吸收和代谢产物的形成[6],这种影响体现在厌氧产物上.一种情况是厌氧微生物降解产物的不同,导致了好氧处理降解途径的不同;另一种情况是同种降解产物分子键能发生了变化,在厌氧微生物的影响下,一些产物分子的键能减弱,使得一些物质更易被好氧微生物降解.在pH为8.0时,色度去除率达到最大,随后色度去除率降低,这主要是因为水解酸化消耗的碱度是有限的,进水pH太高会影响水解酸化的进行[7],导致色度去除率降低.
对CODCr而言,在染料的降解过程中,好氧微生物显示出了比厌氧微生物更好的CODCr去除效果[8],与色度的去除相同, CODCr去除率也呈现先增加后降低的趋势.原水中的大分子有机物在厌氧菌作用下断键成小分子有机物后,在好氧菌作用下被氧化成CO2和H2O等无机物质,会使溶液的pH值升高,表现为在偏酸性的进水条件下,好氧菌能够保持更好的CODCr降解活性.在酸性进水条件下,随着pH值的升高,酸性小分子更容易被氧化, CODCr去除率呈增加趋势;在碱性进水条件下,好氧菌对CODCr的降解有降低趋势,厌氧菌对CODCr的降解略有增加,但由于碱性条件下膜组件对CODCr的截留作用优于酸性条件,故CODCr去除率仍呈现增加趋势, pH为8.0时达到最大值.随着好氧菌对CODCr的降解进一步地降低, CODCr的去除率呈下降趋势.可见,膜组件的存在也是保证MBR出水水质的一个重要因素.
2.2 最佳工艺条件下印染废水的处理效果
通过前一阶段的试验,确定装置的最佳工况为: HRT为30 h,曝气量在0.56~0.8 m3/h (DO在3.0~5.0 mg/L)之间, pH值为8.0左右.考察在此工艺条件下对印染废水的处理效果,以CODCr,色度、浊度为主要考察指标,同时考察了膜组件出水压力的变化情况.运行期间温度控制为25℃左右.
2.2.1 CODCr的去除效果
图5显示了在最优化工艺条件下装置对印染废水CODCr的去除效果.从图5中可以看出,在20 d的运行过程中,进水的CODCr浓度在441~514 mg/L之间变化,通过生物反应器对有机物的去除,上清液的CODCr浓度始终低于130 mg/L;再通过膜组件的截留作用,出水的CODCr浓度始终低于75 mg/L,出水CODCr的平均去除率为85%,说明装置对印染废水的CODCr有良好的去除效果.
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