1.3 污泥培養馴化
接種污泥取自紡織印染廠的厭氧池,所取污泥形態為黑色的顆粒狀厭氧污泥.控制反應器中污泥MLSS為4 000 mg/L.
污泥培養過程中,好氧區進行悶曝,缺氧區連續攪拌.每12 h排出上清液,加入C∶N∶P=100∶5∶1的配置污水.排水采用靜態操作,沉淀1 h后排出70%的上清液, 14 d后好氧污泥培養成功.污泥馴化過程采用連續進水、間歇出水的方式運行,印染廢水的比例按照設計流量的15%加入,直至裝置滿負荷運行.馴化過程共歷時14 d, CODCr去除率保持在85%以上,裝置進入正常運行周期.
1.4 試驗內容
本試驗因素為水力停留時間HRT(Hydraulic Retention Time)、曝氣量、進水pH,考察指標為CODCr和色度.印染廢水屬難降解廢水,需要較長的HRT以保證出水水質.本試驗確定的3個HRT分別為24 h,30 h,36 h.在每個HRT運行期間,通過空氣流量計控制曝氣量在0.40~1.36 m3/h之間由低到高變動,保持溫度在25℃左右.從出水水質情況來選定合適的HRT,曝氣量.最后調節進水pH值在5.0~9.0之間變化,觀察pH值對系統的影響,選定適宜的pH值.試驗期間未排泥.經過上一階段的試驗后,得到系統的最佳運行工藝條件,調整裝置在此條件下運行,檢測進出水水質變化,以CODCr,色度和濁度為主要參數,考察裝置對印染廢水的處理效果,同時考察了膜組件的出水壓力變化情況.
2·結果與討論
2.1 對工藝條件的研究
2.1.1 HRT,曝氣量對CODCr處理效果的影響
所選HRT下CODCr去除率隨曝氣量的變化如圖2所示.從圖2中可以看出,在HRT為36 h和30 h時,曝氣量的變化對CODCr去除率曲線呈現相似的變化規律, CODCr去除率都是隨著曝氣量的增大先增加后減小.當曝氣量在0.56~0.8 m3/h (DO在3.0~5.0 mg/L)之間變化時, CODCr的去除率一直保持在85%以上;曝氣量再升高發現CODCr去除率降至80%左右,出水CODCr有上升趨勢.曝氣量太高,曝氣產生的強烈的空氣攪拌會把污泥絮粒打碎,膠體態顆粒和有機物將從中釋放出來,使出水CODCr增高,并引起膜的污染,從而導致膜通量的下降[3],同時也使能耗增加.當曝氣量<0.56 m3/h(DO<3.0)時,出水CODCr濃度偏高.這是因為當系統中DO太低時,活性污泥出現了嚴重缺氧,影響了污泥絮粒內部細菌的代謝速率.當HRT為24 h時, CODCr去除率出現較大波動,最低值為69.86%,出水CODCr濃度較高.過小的HRT導致了CODCr去除率的下降,這主要是因為印染廢水中的有機物成分復雜,處理難度較大, CODCr降解主要是膜生物反應器內多種好氧微生物作用完成的,微生物生長、繁殖及降解有機物過程需要較長的HRT,因此在HRT較小時出水水質較差.
2.1.2 HRT,曝氣量對色度處理效果的影響
染料組分多為難生物降解物,染料分子在好氧條件下很難破壞,色度難以去除,試驗中加入了缺氧單元以提高色度的去除效果.試驗過程中,進水的色度在360~420倍之間變化,所選HRT下色度去除率隨曝氣量的變化如圖3所示.從圖3中可以看出, HRT為24 h和30 h時,色度去除率較穩定,平均值分別為94.5%和92.2%,出水色度平均僅為20,30倍.當HRT增加為36 h時,色度的去除率較低,平均僅為82.5%,且出水色度出現較大波動.
HRT較小時,微生物的降解作用和膜的截留作用強化了MBR對色度的去除效果,色度去除率較好;隨著難降解有機物的不斷積累,膜區內色度上升,并影響到出水色度, HRT由24 h增加至30 h時色度去除率降低,但沒有受到較大影響.然而,當HRT增加至36 h時,色度的去除率顯著較低.分析認為:可能是在低HRT下,缺氧區活性污泥經歷了一個高負荷的反應階段,大量難降解有機物在反應器中富集,易于培養、馴化出適于降解染料分子的優勢菌種;在高HRT下,隨著難降解染料分子在系統中的不斷積累,增加了對水解酸化段及好氧段微生物的毒性影響,從而影響了系統對色度的去除效果[4].同時還可以看出,在相同HRT的條件下,曝氣量的大小對色度的去除率影響不大.這主要是因為色度的去除主要是缺氧區污泥與膜分離裝置共同作用的結果,好氧區污泥對色度去除影響較小.部分難降解的大分子有機物在缺氧區被水解酸化成易被好氧微生物分解的小分子有機物,在好氧區進一步降解去除,部分大分子有機物進入好氧區被超濾膜截留在反應器中,廢水的色度得以去除.綜合CODCr及色度的去除效果,本文確定試驗的HRT為30 h,曝氣量在0.56~0.8 m3/h (DO在3.0~5.0 mg/L)之間變化.
2.1.3 進水pH對CODCr,色度處理效果的影響
在確定了HRT以及曝氣量的基礎上,利用NaOH以及H2SO4調節進水的pH值,使得進水的pH值分別為5.0,6.0,7.0,8.0和9.0. CODCr和色度的平均去除率隨pH的變化見圖4.
從圖4中可以看出,當進水pH值在5.0~9.0之間變化時, CODCr,色度去除率均呈現先增加后降低的趨勢;當進水pH為8.0時,均達到最大值,分別為91.32%,90.32%.混合液中的pH不僅影響活性污泥微生物胞外酶及存在于細胞質和細胞壁內酶的催化作用,以及微生物對營養物的吸收,而且還影響微生物的分布和活性[5].對色度而言,其去除主要是厭氧微生物和膜共同作用的結果,色度去除率隨著pH值的升高而升高,一方面說明厭氧水解消耗堿度,酸性進水比堿性進水更會抑制染料的水解過程;另一方面也說明pH值升高對細胞膜的電荷狀況產生了影響,影響了菌體對營養物質的吸收和代謝產物的形成[6],這種影響體現在厭氧產物上.一種情況是厭氧微生物降解產物的不同,導致了好氧處理降解途徑的不同;另一種情況是同種降解產物分子鍵能發生了變化,在厭氧微生物的影響下,一些產物分子的鍵能減弱,使得一些物質更易被好氧微生物降解.在pH為8.0時,色度去除率達到最大,隨后色度去除率降低,這主要是因為水解酸化消耗的堿度是有限的,進水pH太高會影響水解酸化的進行[7],導致色度去除率降低.
對CODCr而言,在染料的降解過程中,好氧微生物顯示出了比厭氧微生物更好的CODCr去除效果[8],與色度的去除相同, CODCr去除率也呈現先增加后降低的趨勢.原水中的大分子有機物在厭氧菌作用下斷鍵成小分子有機物后,在好氧菌作用下被氧化成CO2和H2O等無機物質,會使溶液的pH值升高,表現為在偏酸性的進水條件下,好氧菌能夠保持更好的CODCr降解活性.在酸性進水條件下,隨著pH值的升高,酸性小分子更容易被氧化, CODCr去除率呈增加趨勢;在堿性進水條件下,好氧菌對CODCr的降解有降低趨勢,厭氧菌對CODCr的降解略有增加,但由于堿性條件下膜組件對CODCr的截留作用優于酸性條件,故CODCr去除率仍呈現增加趨勢, pH為8.0時達到最大值.隨著好氧菌對CODCr的降解進一步地降低, CODCr的去除率呈下降趨勢.可見,膜組件的存在也是保證MBR出水水質的一個重要因素.
2.2 最佳工藝條件下印染廢水的處理效果
通過前一階段的試驗,確定裝置的最佳工況為: HRT為30 h,曝氣量在0.56~0.8 m3/h (DO在3.0~5.0 mg/L)之間, pH值為8.0左右.考察在此工藝條件下對印染廢水的處理效果,以CODCr,色度、濁度為主要考察指標,同時考察了膜組件出水壓力的變化情況.運行期間溫度控制為25℃左右.
2.2.1 CODCr的去除效果
圖5顯示了在最優化工藝條件下裝置對印染廢水CODCr的去除效果.從圖5中可以看出,在20 d的運行過程中,進水的CODCr濃度在441~514 mg/L之間變化,通過生物反應器對有機物的去除,上清液的CODCr濃度始終低于130 mg/L;再通過膜組件的截留作用,出水的CODCr濃度始終低于75 mg/L,出水CODCr的平均去除率為85%,說明裝置對印染廢水的CODCr有良好的去除效果.
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