生物膜厭氧折流板反應(yīng)器處理高鹽有機(jī)廢水

　　目前，榨菜廢水處理生產(chǎn)性調(diào)試面臨的耐鹽微生物馴化程度有限、厭氧工藝難啟動(dòng)易酸化、耐鹽菌對(duì)鹽度變化敏感、生物降解速率受鹽度影響明顯等問題，一直是制約該類廢水處理的瓶頸。

　　厭氧折流板反應(yīng)器(ABR)具有微生物相分離、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)單、低水頭高容效等特征。ABR反應(yīng)器作為第三代厭氧生物處理反應(yīng)器，實(shí)現(xiàn)了分階段多相厭氧工藝(SMPA)的思想，其獨(dú)特的分格室結(jié)構(gòu)及推流態(tài)使得每個(gè)反應(yīng)格室可以馴化出環(huán)境條件相適應(yīng)的微生物群落，進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相沿程得到分離，使其在整體性能上相當(dāng)于一個(gè)兩相厭氧處理系統(tǒng)。生物相分離的特性使其抗沖擊負(fù)荷能力、處理效能及運(yùn)行穩(wěn)定而性顯著提高，可以應(yīng)用于處理各種有機(jī)廢水，特別是復(fù)雜、難降解的有機(jī)廢水。

　　生物膜厭氧折流板反應(yīng)器(MABR)是新型水處理專利技術(shù)，在兩相分離厭氧的基礎(chǔ)上增設(shè)了生物膜填料，極大增加了生物膜接觸面積，提高了厭氧生物處理效率。因此，選用MABR反應(yīng)器作為榨菜廢水處理工藝，并研究其中試調(diào)試運(yùn)行過程，具有顯著的代表性和應(yīng)用價(jià)值。

　　一、材料與方法

　　1.1 研究裝置

　　該中試實(shí)驗(yàn)MABR工藝設(shè)計(jì)如圖1所示，反應(yīng)器總有效體積為110.7m3，分為五個(gè)反應(yīng)格室A1、A2、A3、A4和A5。反應(yīng)器每個(gè)格室采用生物膜組合填料，底部設(shè)置排泥及污泥回流系統(tǒng)。

　　1.2 進(jìn)水和接種污泥

　　經(jīng)水解調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)水質(zhì)水量后，高鹽榨菜廢水設(shè)計(jì)進(jìn)水規(guī)模為50m3/d，COD為3500~4500mg/L，均值4000mg/L，鹽度為1.0%(以NaCl)，pH值為5.1~5.3。

　　接種的污泥取自當(dāng)?shù)爻擎?zhèn)污水廠的脫水污泥進(jìn)行污泥馴化，培養(yǎng)耐鹽菌。在馴化開始階段，首先向MABR分別投加污泥6t，此時(shí)控制進(jìn)水鹽度為0.40%、進(jìn)水量為30m3/d;接種污泥后，MABR靜置2d。以鹽度0.15%、水量5m3/d為進(jìn)水梯度，平均每周提升一次進(jìn)水梯度，逐漸培養(yǎng)出耐鹽微生物。

　　在污泥馴化期間，進(jìn)水鹽度為1.0%、進(jìn)水量為50m3/d、各池各指標(biāo)均正常、MABR反應(yīng)器去除率達(dá)到50%、系統(tǒng)出水清澈并且運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)，可以認(rèn)為耐鹽污泥的馴化完成，然后進(jìn)入試運(yùn)行階段。

　　1.3 實(shí)驗(yàn)方案

　　研究運(yùn)行共分為3個(gè)階段，各階段的運(yùn)行參數(shù)見表1所示，每個(gè)運(yùn)行工況均在系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后進(jìn)行取樣分析。

　　1.4 分析測(cè)定方法

　　水樣經(jīng)過0.45μm中性濾紙過濾，以去除懸浮物的影響，水樣按照標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定COD、氨氮、總磷、鹽度等。實(shí)驗(yàn)中檢測(cè)項(xiàng)目及其分析方法詳見表2。

　　二、結(jié)果與討論

　　2.1 MABR在污泥穩(wěn)定階段的VFAs變化特征

　　本實(shí)驗(yàn)通過檢測(cè)揮發(fā)性脂肪酸(VFAs)的變化反映了厭氧生物處理系統(tǒng)中微生物菌群的代謝活性的改變。如圖2所示，在整個(gè)MABR穩(wěn)定階段的初期，VFAs在A2的總量始終高于A1，而A3、A4和A5則逐級(jí)下降。在整個(gè)穩(wěn)定階段，A2的VFAs高達(dá)2405mg/L，說明前兩格室產(chǎn)酸發(fā)酵菌群代謝活性較高。A3、A4和A5的VFAs下降非常有限，A4的VFAs仍高達(dá)1625mg/L，A5的VFAs高達(dá)1513mg/L，說明在A4、A5中消耗的產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌群和產(chǎn)甲烷菌群的代謝活性較低。分析認(rèn)為，主要原因是后兩格室的pH較低，達(dá)不到產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌和產(chǎn)甲烷菌適宜的范圍(6.8~7.2)，使得產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌群和產(chǎn)甲烷菌群消耗VFAs的能力受到了嚴(yán)重抑制。

　　在穩(wěn)定階段的后期，MABR前兩格室VFAs在整個(gè)穩(wěn)定階段有所上升，但A3、A4和A5中VFAs卻大幅下降，由A2的2296mg/L下降到A5的347mg/L。出水COD為1146mg/L，去除率最終穩(wěn)定在了71.2%。說明在MABR系統(tǒng)的穩(wěn)定階段，嚴(yán)格控制pH和VFA/ALK比值在0.3之下，把pH控制在6.8~7.2之間，能夠顯著降低VFAs的殘余量，提高后兩個(gè)格室中產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌群和產(chǎn)甲烷菌群的代謝活性，從而提升系統(tǒng)的運(yùn)行效能。

　　2.2 MABR在效能提高階段的VFAs變化特征

　　在效能提高階段，采用內(nèi)回流的的方式，研究MABR對(duì)高鹽有機(jī)廢水的處理效果。把效能提高階段分為3個(gè)10d的周期，從A5回流混合液到A1，回流比分別設(shè)置為20%、40%和60%。其中進(jìn)水COD、溫度和HRT不變，pH保持在7.2左右。

　　圖3(a)為MABR在不同梯度回流比條件下的VFAs的變化特征。可以看出，在第1和第2個(gè)10d周期運(yùn)行期間，VFAs在的MABR前兩格室呈現(xiàn)逐漸遞增的趨勢(shì)，A2中的VFAs始終高于A1，而在后三個(gè)格室，VFAs則小幅度下降穩(wěn)定。相比于第1個(gè)周期，第2個(gè)周期后三格室的VFAs有明顯下降，A5出水VFAs最低為198mg/L。這一現(xiàn)象表明，在MABR中，產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相沿程得以分離，前兩個(gè)格室為產(chǎn)酸發(fā)酵功能格室，而后三個(gè)格室為產(chǎn)甲烷功能格室。

　　隨著回流比由20%增加到40%和60%，前兩格室中的VFAs顯著升高，在A2中，VFAs由第1周期的2410mg/L，上升到第2周期的2586mg/L和第3周期的2754mg/L，表明回流比的提高刺激了產(chǎn)酸發(fā)酵菌群的生長(zhǎng)，并且由于生物相分離，使產(chǎn)酸發(fā)酵菌群可以在其適宜的溫度和pH值環(huán)境中保持較高的代謝活性。產(chǎn)酸發(fā)酵功能格室中的產(chǎn)酸發(fā)酵菌群能夠及時(shí)完成對(duì)大分子有機(jī)污染物水解發(fā)酵。

　　相較于第1和第2個(gè)周期，回流比為60%的第3周期出現(xiàn)了后三格室VFAs小幅度增加的情況，出水VFAs殘余量為326mg/L。這一現(xiàn)象說明，高回流比使整個(gè)系統(tǒng)的VFAs都相繼增高，特別是后三個(gè)格室增高，增加的出水VFAs殘余量，不是最優(yōu)工況。故在回流比為40%的情況下，出水VFAs能達(dá)到198mg/L的最優(yōu)工況。

　　2.3 MABR在效能提高階段的COD變化特征

　　在回流比分別為20%、40%和60%的3個(gè)周期內(nèi)，出水COD出現(xiàn)了小幅度變化。如圖3(b)所示，在第1個(gè)周期內(nèi)，出水COD穩(wěn)定并達(dá)到1017mg/L;在第2個(gè)周期內(nèi)，出水COD穩(wěn)定并達(dá)到872mg/L;在第3個(gè)周期內(nèi)，出水COD穩(wěn)定并達(dá)到1026mg/L。表明由于生物相的分離使得MABR反應(yīng)器具有良好的抗負(fù)荷沖擊能力和污染物去除效能。故最佳工況回流比為40%，在高鹽有機(jī)廢水的復(fù)雜情況下，MABR反應(yīng)器出水COD穩(wěn)定在872mg/L，COD去除率達(dá)到78%。

　　三、結(jié)論

　　1)采用高鹽榨菜腌漬有機(jī)廢水為研究對(duì)象，考察了生物膜厭氧折流板反應(yīng)器(MABR)在實(shí)際應(yīng)用的可行性。在設(shè)計(jì)構(gòu)筑物MABR中，進(jìn)水COD為3500~4500mg/L，有機(jī)負(fù)荷率為1.80kg/(m3?d)，HRT為53h，在厭氧混合液回流比為40%的情況下，取得了78%左右的COD去除率。

　　2)在MABR中，VFAs在總量的變化深刻影響厭氧生物處理系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行和COD去除率的變化。在MABR中，A1的VFAs小于A2，A1和A2的VFAs越高表示產(chǎn)酸發(fā)酵菌群有較高的代謝活性，后三個(gè)格室VFAs逐漸下降，最后的出水VFAs殘余量與出水COD正相關(guān)。本次試驗(yàn)中出水VFAs最低達(dá)到198mg/L，出水COD達(dá)到872mg/L。(來源：上海理工大學(xué))