膜生物反应器A/O工艺处理己内酰胺废水试验研究
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论文作者：袁泉 李方 李俊 卓琳云 奚旦立
摘要：对膜生物反应器（MBR）A/O工艺处理己内酰胺废水进行了研究，并与传统活性污泥法(CAS)A/O工艺进行了比较。研究表明，MBR法较之CAS法能更有效地去除COD、NH3-N及NO3-N，在较高负荷下，这种优势更加明显。同时研究了不同回流比对MBR法处理效果的影响，结果表明，当回流比R=5时，处理效果最为理想。
关键词：膜生物反应器 A/O工艺 回流比 污泥负荷
己内酰胺（C6H11NO）废水是化工产业中难处理废水之一，虽然己内酰胺易生物降解，但由于其碳氮比例严重失调，出水水质难以达标，目前国内大部分企业处理己内酰胺废水使用A/O工艺，即缺氧（Anoxic）-好氧（Aerobic）系统。在常规的生物脱氮工艺中，为保持构筑物中有足够数量的硝化菌以完成生物硝化作用，在维持较长污泥龄的同时也相应增大了构筑物的容积；此外，絮凝性较差的硝化菌常会被二沉池的出水带出，硝化菌数量的减少影响硝化作用，进而降低了系统的脱氮效率。A/O系统结合膜生物反应器，较污泥法增加了池内的生物量，且工艺简单，更耐冲击负荷，处理效果稳定，管理方便，具有良好的应用前景[1，2]。
本文研究了膜生物反应器A/O工艺在较低污泥浓度状态下处理己内酰胺废水的效果，考察回流比对处理效率的影响，并与传统悬浮活性污泥法A/O工艺在不同的污泥负荷下的处理效果进行了相应的比较。
1 试验装置及运行工况
1.1 试验装置
膜生物反应器和传统活性污泥法的反应装置分别如图1和图2所示。其中好氧池体积均为12 L，缺氧池体积为4 L。
装置中所用搅拌器为B90型无极调速电动搅拌器，所用恒流泵为HL-1恒流泵、HL-5恒流泵及 BT-100恒流泵。试验用膜管是广州佛山陶瓷研究所生产的无机陶瓷膜，长30 cm，外径13 mm，内径9 mm，外表面孔径0.1～0.2 μm。蠕动泵采取抽10 min，停5 min的运行方式，通过调节蠕动泵的转速实现负压值的改变、出水量的调节，达到进出水平衡。
图1 膜生物反应器装置
图2 传统活性污泥法装置
1.2 运行工况
试验用污泥取自天山污泥厂，污泥驯化阶段保持进水己内酰胺浓度在1000 mg/L左右，即COD为2000 mg/L，TN为245 mg/L，加入适当K2HPO4，维持C:P在100:1左右，保持泥龄为30 d，好氧段溶解氧（DO）控制在4 mg/L左右。污泥30 d后出水水质基本稳定，膜生物反应器（MBR）中的MLSS在4750 mg/L左右，传统活性污泥法（CAS）中的MLSS稳定在4200 mg/L左右，驯化阶段结束。在第一阶段（30 d）内，保持污泥负荷0.3 kgCOD/（kgMLSS·d），期间改变回流比，考察回流比对去除效率的影响。随后逐步增加进水量，提高污泥负荷至0.8 kgCOD/（kgMLSS·d），保持回流比R=5，10 d后出水水质稳定，进入第二阶段（10 d）。
1.3 主要项目的分析方法
COD：微波炉重铬酸钾标准滴定法；NH3-N：纳氏试剂分光光度法；NO3-N：硝酸根电极法；TN：过硫酸钾氧化－紫外分光光度法。
2 试验结果与分析
2.1 MBR法与CAS法处理效果比较
在保证进水水质基本相同的情况下，对MBR和CAS装置进行连续40 d的监测，观察两装置的出水，考察处理效果。每7～10天取样监测，主要监测内容为COD和TN。监测情况如图3所示。
图3 MBR和CAS出水效果比较
在监测期间，对MBR的回流比进行多次调整，其值分别为1，2，5，10，CAS系统的回流比一直为5。回流比对MBR去除效果的影响具体见下文分析。6月8日，CAS系统发生一次严重的污泥上浮现象，导致系统对COD和TN的去除效率下降。除去这次突发事故，CAS系统的对COD和TN去除效果基本稳定。
6月12日开始逐步提高两系统的污泥负荷，到6月21日系统稳定。从图1可以看出，随着负荷的提高，两系统的去除效率都有所降低。无论高负荷还是低负荷，MBR的去除效率都要优于CAS，在高负荷下优势更为明显。
2.2 不同污泥负荷下MBR、CAS处理效果比较
为了研究不同污泥负荷下，MBR及CAS处理COD及TN的效果，对两装置进行了连续40 d的观察研究。通过改变进水水量，污泥负荷从最初的0.3 kgCOD/（kgMLSS·d）提高到0.8 kgCOD/（kgMLSS·d），处理效果如表1和和2所示。由于改变负荷需要10～15 d的稳定时间，表中数据均为稳定后2次监测的平均值。A段、O段水质均为滤纸过滤后测得。
表1 0.3 kgCOD/（kgMLSS·d）各阶段处理效果
装置-N、COD和NO3--N的处理效果，结果如表3所示。回流比改变后，系统在7 d后方可稳定，因此表中数据为稳定后2次监测的平均值。
表3 不同回流比下各项去除效果
监测项目/(mg·L-1)
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