上流式厭氧污泥復(fù)合床-膜生物反應(yīng)器處理垃圾滲濾液

1、上流式厭氧污泥復(fù)合床-膜生物反應(yīng)器處理垃圾滲濾液摘要：研究了厭氧污泥復(fù)合床（UASCB）-序批式膜生物反應(yīng)器（SMBR）串聯(lián)工藝處理垃圾滲濾液的工藝性能和影響因素。結(jié)果表明，厭氧段對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用表現(xiàn)在兩方面：(1)可以提高膜生物反應(yīng)器內(nèi)硝化菌活性；(2)可以明顯提高垃圾滲濾液的可生化性，提高幅度為15.2%。該工藝所能適應(yīng)的COD/NH4+-N范圍在2.512。關(guān)鍵詞：垃圾滲濾液 厭氧污泥復(fù)合床 序批式膜生物反應(yīng)器垃圾在堆放填埋過程中，由于厭氧發(fā)酵、有機(jī)物分解、雨水沖淋及地下水浸泡會(huì)產(chǎn)生多種代謝產(chǎn)物和水分，形成滲濾液。研究表明1，垃圾滲濾液中含有種類繁多的有機(jī)污染物，其中相當(dāng)數(shù)量屬于難降

2、解的有毒污染物。由于滲濾液的特殊水質(zhì)特征，采用常規(guī)的生物處理工藝往往難以達(dá)到理想的處理效果。在此，對(duì)厭氧污泥復(fù)合床（UASCB）-序批式膜生物反應(yīng)器（SMBR）串聯(lián)工藝處理垃圾滲濾液進(jìn)行了試驗(yàn)研究，探索了在不同的工藝操作條件下垃圾滲濾液的生物降解效率，為垃圾滲濾液的降解提供了一定的依據(jù)。1 材料與方法1.1 垃圾滲濾液水質(zhì)特征垃圾滲濾液水樣取自昆明市西郊垃圾填埋場的滲濾液蓄水池，水質(zhì)特征：COD平均濃度為9100 mg/L；NH3-N平均濃度為870 mg/L；pH為7.8；感觀性狀為深褐色、有惡臭。1.2 試驗(yàn)系統(tǒng)由集水槽、進(jìn)水泵、流量計(jì)、蓄水槽、潛水泵、UASCB反應(yīng)器、膜生物反應(yīng)器、離心

3、泵及時(shí)控開關(guān)組成，試驗(yàn)總示意圖如圖1所示。圖1 實(shí)驗(yàn)流程總示意圖1.集水槽；2.進(jìn)水泵；3.流量計(jì)；4.UASCB反應(yīng)器；5.蓄水槽；6.潛水泵；7.膜生物反應(yīng)器； 8.離心泵1.2.1 UASCB反應(yīng)器UASCB用有機(jī)玻璃柱制作，有效體積8 L，該UASCB的下部區(qū)域?yàn)槲勰啻?，上部區(qū)域?yàn)樘盍洗?，可以有效阻止污泥的流失。填料直?0 mm，高10 mm，壁厚0.60.9 mm，用聚丙稀復(fù)合材料注塑。厭氧反應(yīng)器在(361)下運(yùn)行。1.2.2 膜生物反應(yīng)器膜組件主要技術(shù)指標(biāo)為：中空纖維膜外徑450m；內(nèi)徑350m；膜厚50m；膜面積4 m2；平均孔徑0.1m；產(chǎn)水量0.60.8 t/(dm2)；操

4、作壓力0.3 105 Pa；反應(yīng)器容積為40 L。試驗(yàn)過程中檢測項(xiàng)目為COD、NH4+-N、NO3-N 、NO2-N 、pH、水溫、污泥濃度。檢測方法均為標(biāo)準(zhǔn)方法。2 結(jié)果與討論2.1 系統(tǒng)啟動(dòng)2.1.1 UASCB的啟動(dòng)2厭氧微生物特別是甲烷菌增殖緩慢，馴化需要較長的時(shí)間。本試驗(yàn)厭氧污泥取自昆明市第四污水處理廠硝化池，污泥濃度為7000 mg/L左右。首先進(jìn)行厭氧污泥的靜態(tài)間歇培養(yǎng)，溫度控制在(361) 左右，pH為6.87.4，每天棄去上清液，并投加人工配制的葡萄糖營養(yǎng)液，C:N:P=100:5:1，COD濃度控制在1000 mg/L，經(jīng)過一周的培養(yǎng)，投加占厭氧反應(yīng)器體積40%的厭氧污泥，

5、進(jìn)行葡萄糖-滲濾液連續(xù)進(jìn)液馴化，開始負(fù)荷控制在0.5 kgCOD/（m3d），通過一次性投加碳酸鈉/碳酸氫鈉調(diào)節(jié)pH不低于6.5。運(yùn)行30 d后，COD的去除率達(dá)到25%左右，再逐步增加負(fù)荷。60 d后COD的去除率達(dá)到35%以上，測反應(yīng)器底部污泥濃度達(dá)到6300 mg/L，至此認(rèn)為啟動(dòng)成功。2.1.2 SMBR的啟動(dòng)接種污泥取自昆明第四污水處理廠二沉池。先采用人工配水，然后逐步投加厭氧出水，溫度控制在35 左右，經(jīng)過20 d 的馴化培養(yǎng)，污泥濃度達(dá)到6000 mg/L左右，一個(gè)運(yùn)行周期為4 h，依次為進(jìn)水、攪拌、好氧曝氣、厭氧和抽吸5個(gè)階段，好氧曝氣2.5 h，厭氧1.5 h。整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行4

6、0 d，得到較穩(wěn)定的COD及NH4+-N的去除率，分別穩(wěn)定在91.0%94.0%和79%84%，馴化基本成功。2.2 整套工藝的運(yùn)行效果本階段進(jìn)水濃度分別經(jīng)歷了10、8、6、5、4倍5個(gè)稀釋比的變化。進(jìn)水水質(zhì)見表1。表1 串聯(lián)工藝進(jìn)液水質(zhì)情況時(shí)間/d進(jìn)水氨氮/mgL-1進(jìn)水COD/mgL-111078.1386.66896.32912.77112195.24117.691113.321181.682229134.32146.921520.751553.1430404160151.31173.18208.65232.791796.311827.482141.562328.232.1.1 厭氧反應(yīng)

7、器的COD降解情況圖2表示厭氧反應(yīng)器的進(jìn)出水COD以及去除率關(guān)系。厭氧反應(yīng)器運(yùn)行經(jīng)歷了兩個(gè)階段，前40 d，進(jìn)液流量為1 L/h，厭氧停留時(shí)間為8 h，COD降解率基本上在25%以下，本階段厭氧段對(duì)整個(gè)工藝COD的降解貢獻(xiàn)不大，可以認(rèn)為厭氧反應(yīng)主要停留在“水解酸化”階段。40 d以后，通過減小進(jìn)液流量，將厭氧反應(yīng)器的HRT增加到14 h，COD降解率可達(dá)到45%。圖2 厭氧反應(yīng)器COD降解情況2.2.2 整套工藝運(yùn)行效果圖3表示整套工藝進(jìn)水NH4+-N、出水NH4+-N、NO3-N 、NO2-N 以及COD的降解率隨時(shí)間的變化情況。圖3 整套工藝運(yùn)行效果本階段試驗(yàn)說明了厭氧段進(jìn)行到不同程度對(duì)膜

8、生物反應(yīng)器脫氮效率有不同的影響。在第10 d時(shí)，由于曝氣裝置出現(xiàn)故障，出水氨氮出現(xiàn)暫時(shí)性升高，但很快恢復(fù)。當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行到35 d時(shí)，進(jìn)水NH4+-N達(dá)到162.7 mg/L，進(jìn)水COD為1813.3 mg/L，此時(shí)出水NH4+-N開始上升，最高達(dá)到37.8 mg/L，說明硝化能力受到抑制。這是由于降解COD的異養(yǎng)菌抑制了硝化菌的活性。從第40 d開始，將厭氧反應(yīng)器的HRT延長到14 h，降低膜生物反應(yīng)器的COD負(fù)荷，硝化能力逐漸恢復(fù)，第46 d時(shí)出水NH4+-N又降到10 mg/L左右。由此可看出，厭氧反應(yīng)器對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行有很好的調(diào)節(jié)作用。另外，由圖3還可看出系統(tǒng)的COD去除率、反硝化能力比

9、較穩(wěn)定。2.3 COD/NH4+-N對(duì)整套工藝處理效果的影響C/N比對(duì)微生物的生長和有機(jī)物的降解有重要影響。原水C/N比大約在10左右，可以看出在以上試驗(yàn)條件下，系統(tǒng)有較好的降解有機(jī)物和氨氮的能力。本階段通過向5倍稀釋的原水中適當(dāng)投加NH4HCO3和葡萄糖來改變C/N比，考察系統(tǒng)的處理能力。由圖4可以看出，本套工藝可以適應(yīng)較寬的C/N比范圍。C/N比過大，則厭氧反應(yīng)器緩沖，不至于對(duì)硝化菌過于抑制。C/N比過低，即氨氮負(fù)荷過高時(shí)，可發(fā)揮膜生物反應(yīng)器特有的優(yōu)勢（對(duì)硝化菌的截留作用），在C/N比為2.5時(shí)，進(jìn)水NH4+-N已達(dá)到727.61 mg/L，COD和NH4+-N的去除率分別在84.64%和

10、81.21%，這一NH4+-N負(fù)荷已遠(yuǎn)高于懸浮式硝化反應(yīng)體系。2.4 厭氧段對(duì)垃圾滲濾液可生化性的貢獻(xiàn)續(xù)批式膜生物反應(yīng)器中也出現(xiàn)厭氧狀態(tài)，但厭氧的強(qiáng)度，停留時(shí)間還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。前面的UASCB段將滲濾液厭氧酸化，從厭氧降解三階段理論來分析，水解酸化階段反應(yīng)速度快，且酸化細(xì)菌適應(yīng)能力強(qiáng)，經(jīng)過充分厭氧酸化的滲濾液，后續(xù)降解更加容易，而且可減少有毒物質(zhì)的影響。研究采用膜生物反應(yīng)器中垃圾滲濾液的COD的去除率與好氧進(jìn)水COD的比值COD/CODin（令其為）來衡量可生化程度3。對(duì)比了經(jīng)過UASCB和未經(jīng)UASCB處理的垃圾滲濾液在膜生物反應(yīng)器中COD的降解難易程度（控制膜生物反應(yīng)器進(jìn)水濃度及其他參數(shù)大致相

11、同），運(yùn)行結(jié)果見圖5。圖4 C/N對(duì)系統(tǒng)性能的影響圖5 厭氧段對(duì)垃圾滲濾液可生化性的貢獻(xiàn)由圖5可看出，當(dāng)兩種情況下進(jìn)液COD控制在1581.251700.27 mg/L時(shí)，經(jīng)厭氧處理值在0.890.93，而未經(jīng)厭氧處理值在0.760.81，即經(jīng)厭氧處理后，垃圾滲濾液可生化性參數(shù)平均提高了0.12，提高幅度為15.2%。試驗(yàn)結(jié)果表明，UASCB-SMBR串聯(lián)工藝，厭氧段明顯地提高了垃圾滲濾液的可生化程度，使后續(xù)處理更加容易，SMBR是厭氧段的修飾和系統(tǒng)總處理效果的保障。3 結(jié) 論（1）厭氧段對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用表現(xiàn)在兩方面：(1)當(dāng)進(jìn)水COD過高時(shí)，異養(yǎng)菌過度增殖會(huì)抑制硝化菌活性，此時(shí)增加厭氧反應(yīng)器停留時(shí)間，可以使膜生物反應(yīng)器內(nèi)硝化菌恢復(fù)活性；(2)厭氧段可以明顯提高垃圾滲濾液的可生化性，提高幅度為15.2%，為后續(xù)處理降低難度。（2）本套工藝可以適應(yīng)較寬的C/N比范圍。（3）該系統(tǒng)具有容積負(fù)荷高、抗沖擊能力強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、能耗低等特點(diǎn)，為垃圾滲濾液這類難降解