缺氧/好氧膜生物反应器去除食品加工废水中的氮、碳外文翻译资料

 2022-05-29 10:05

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缺氧/好氧膜生物反应器去除食品加工废水中的氮、碳

环境模拟与污染控制国家重点实验室联合实验室，环境科学与工程系，

清华大学，北京100084，中国 北京化工大学化工系，中国北京100029

摘要：在实验室中采用缺氧/好氧膜生物反应器（MBR）同时处理食品废水中的氮和碳。在适当的操作条件下连续运行，COD，NH4 -N和TN去除分别超过94, 91和74%。缺氧反应器和好氧MBR对COD去除率分别为40%～63%和29%～46%，对NH4 -N的去除率分别为31%～43%，47%～64%。在胶粘剂中加入一定量的载体可以提高MBR中的硝化作用。当系统在较短的污泥停留时间（SRT）操作时的生物量。最大体积COD和TN负荷高达3.4kgCODm-3·d-1，1.26kgN m-3·d-1。硝化作用污泥活性的测定结果与出水NH4 -N浓度变化一致。

关键词：膜生物反应器；食品加工废水；脱氮；硝化活性

  1. 介绍

食品加工和发酵工业在中国正经历着显著的增长。从这些工业排放的废水一般具有高强度的有机和营养物含量，例如，CODgt; 10000 mg· L-1，TNgt; 600 mg· L-1，如果没有适当的处理，会导致严重的水环境污染。这种高浓度废水的常规处理是厌氧/好氧活性污泥法。然而，在这一过程中，污泥膨胀常常发生，因为这种废水的膨胀性质。由此产生的不稳定的出水水质以及复杂的操作一直困扰着污水处理厂的操作者。此外，由于常规工艺所采用的有机负荷过低，限制了其广泛的应用。

膜生物反应器（MBR）工艺是对传统活性污泥法（1—4）的一种改进。这是一个生物反应器与膜组件的组合过程。它有多种优点，如膜可用于固液分离，在生物反应器中可以保持较高的生物质浓度，允许系统处理高强度废水并且非常紧凑。在MBR中，污泥停留时间（SRT）可以独立于水力停留时间（HRT）来控制。因此，可以维持很长的SRT，导致缓慢生长的微生物如硝化细菌的完全保留，这就是操作灵活性的所在。

本文提出了一种缺氧好氧生物反应器与好氧MBR组合系统，用于去除食品加工废水中的含氮和含碳污染物。本文的目的是研究实验室规模的缺氧/好氧MBR系统的性能。并对MBR中的微生物特性进行了讨论。

  1. 材料和方法

2.1实验装置

图1表示本研究中使用的实验装置，其主要由缺氧生物反应器和好氧MBR组成。缺氧生物反应器和MBR均为圆形柱，其工作容积分别为10和30 L。在MBR中，中空纤维膜组件（孔径为0.22 mm；材料，PVDF；过滤面积，0.2 m2）被浸没。空气从钛板提供，孔径为15毫米，位于MBR的底部，以提供微生物所需的氧气。MBR中的溶解氧在2～3 mg· O2 ·L- 1范围内。

将原废水用隔膜泵（模型X030—XB-AAAA365、脉动电源）泵送到缺氧生物反应器中，然后流入好氧MBR，其中有机分解和硝化发生。膜过滤流出物被间歇性地去除，连接到膜组件的抽吸泵。抽吸泵是与进水泵相同的制造和模型。在反硝化过程中，好氧MBR混合液以泵三的比例返回缺氧生物反应器，同时提供机械混合。在缺氧生物反应器中。流速为2升每小时，缺氧槽中的HRT设为5小时，两个反应器中的温度从24变化到27℃。

图1。缺氧/好氧MBR系统示意图。

1，原料废水池；2，缺氧槽；3，好氧MBR；4，流出物池；5，膜组件；6，进料泵，7，循环泵；8，水位传感器；9，压力表；10，空气流量计；11，水流量计；12，电磁阀；13，控制系统；14；取样阀；15，排泥阀。

2.2废水水质

由于原食品加工废水的有机物浓度高达COD＞10000 mg· L-1，因此在后续处理之前通常需要厌氧预处理。本研究提出的系统可与厌氧预处理联合应用。为了模拟厌氧预处理的质量，将中国北京市某食品加工厂的原水稀释后送入系统。废水的水质如表1所示

表1 废水水质

COD（mg/L）

总氮（mg/L）

NH4 -N（mg/L）

pH

1500-2000

350-500

300-450

7-8

2.3分析的项目和方法

2.3.1 常规分析

常规分析项目包括pH、DO、COD、NH4 -N、TN、NOX-N、SS和VSS。按照国家环境保护局颁布的标准方法进行（11）。

      1. MBR中污泥硝化活性的研究

用MBR法测定了活性污泥在封闭式间歇呼吸仪中的吸氧率（UR）。操作步骤如下。首先，我们确定了总数。DO浓度降低后，将3 mg/L的NaClO 3（硝化菌抑制剂）添加到混合液样品中，继续测定。将2mg/L的烯丙基硫脲（ATU）（亚硝化单胞菌抑制剂）添加到混合液样品中，DO又下降了，并测量剩余的我们（OURO），这表示由于碳质基质氧化引起的氧气吸收。OURT和OURO之间的差异代表了硝化作用的氧吸收，这被称为OURN。

测定载体表面生物膜的活性，将定量载体直接置于封闭批式呼吸计中。测定后，将载体取出并在烘箱中干燥103℃，测定生物膜载体的总干重。生物膜和载体之间的差异是生物膜的干重。

  1. 结果与讨论

3.1 系统性能

3.1.1 MBR的HRT对性能的影响

在缺氧反应器HRT为5 h、MBR HRT分别为15、10h和6 h的条件下，考察了3个月左右的碳氮去除性能。本试验除污泥取样外，除MBR外没有污泥排放。COD、NH4 -N和TN浓度在实验期间的时间变化在图Ⅰ阶段表示。2—4。

对于COD去除，系统流出物，即膜渗透物的COD浓度保持低于70毫克每升，而不考虑进水COD从700到2000毫克每升的波动。MBR上清液与膜过滤出水的COD浓度约为50 mg L1，表明膜对高分子物质的截留性能。

对于脱氮，虽然系统出水NH4 -N略有增加，但MBR HRT降低，出水NH4 -N和TN浓度平均仍小于20和130mg/L。

表2总结了在没有污泥排放的情况下不同MBR HRTS污染物的平均去除效率。

表2显示了系统的去除性能，平均COD、NH4 -N和TN去除率分别超过94, 91和74%，即使MBR的HRT降低到6 h。从5～11%膜的COD的保留功能来看，系统中COD的去除归因于两个因素，一个是生物去除微生物，另一个是物理拦截膜。如表2所示，膜中NH4 -N的保留作用不大，因为NH4 -N离子很小，很容易通过膜。

考虑到缺氧反应器和好氧MBR的贡献，前者分别占40%～63%, 31%～43%和31%～57%，后者分别占COD、NH4 -N和TN去除率的29%～46%, 47%～64%和9%～38%。在缺氧反应器中发生的NH4 -N去除可能是由于（1）微生物生长的吸收和（2）硝化作用发生在0.3～0.5毫克L1的低DO，这与邹等人的工作是一致的。世卫组织发现NH4 -N去除率为70%，即使DO为0.5mg/L。此外，在好氧MBR中也发生了TN去除。这是由于细菌生长和在高污泥浓度的活性污泥絮体内形成的缺氧条件。

图2 COD浓度在实验期间变化

图3 NH4 -N浓度在实验期间变化

3.1.2 MBR的SRT对性能的影响

在没有污泥排放的条件下，MBR中的MLSS浓度迅速增加，达到17g/L（见图7）。如此高的污泥浓度容易导致膜表面上的污泥沉积。为了降低生物反应器中的污泥浓度以延缓膜污染，一些剩余污泥从生物反应器中排出。在试验中，将生物反应器的SRT设定在16天，使生物反应器中的MLSS浓度保持在小于13g/L。在SRT 16天的系统中COD和NH4 -N的去除显示在图II阶段。2和3。

从这两个数字可以看出，缩短生物反应器的SRT对系统出水COD浓度几乎没有影响。出水NH4 -N浓度升高，最大值为113 mg/ L。运行80天的平均出水NH4 -N浓度为47.9 mg/L，高于无污泥排放条件下的平均值。第二阶段的NOx-N浓度变化在图5中给出。在第二阶段开始时，MBR上清液和出水中NOx -N浓度较高，可满足硝化作用。然而，随着硝化作用的恶化，MBR上清液和出水中NOx—N的浓度随时间的增加而下降。这表明缩短SRT可以降低MLSS浓度，有利于膜污染，但一些硝化细菌可能会由于污泥排放而损失，这会影响硝化作用。

图4 TN浓度在实验期间没有污泥排出时发生变化。

图5 NOx-N浓度在实验期间没有污泥排出时发生变化。

3.1.3 添加载体增强硝化作用

为了在MBR中保留硝化细菌，在MBR中加入一些块状载体，体积比为1/3。该系统连续运行50天，COD浓度以及NH4 -N浓度随操作时间的变化呈现在图III阶段。2和3。

实验开始时出水NH4 -N浓度下降很慢，对NH4 -N的去除效果不明显。第28天后，出水NH4 -N浓度显著下降，最终稳定在10.2mg/L。目视观测表明，NH4 -N的去除增加，与载体表面附着的污泥生长有关。

3.2 污染物去除率对容积负荷率的依赖性

在常规活性污泥法中，由于曝气池内污泥浓度受重力作用下二级澄清池分离能力的限制，污染物去除率也受到限制。在膜生物反应器中，由于膜的存在，可以保持较高的生物质浓度，这提供了提高污染物去除率的潜力。因此，当没有污泥排出时，COD、NH4 -N和TN去除效率对体积负荷的依赖性被研究。

3.2.1 COD去除率

MBR的COD去除效率对体积负荷的依赖性如图6所示。COD负荷变化范围为1.2～3.4 kg COD m3/d时，生物反应器COD去除率从72.2波动到97.5%，但MBR系统COD去除率总体保持稳定，平均值为96%。生物反应器的处理不稳定性与膜分离平衡。

从图6中进一步计算了MBR中COD去除率RCOD（kg COD m3/d）与COD负荷率FCOD（kg COD m3/d）之间的关系。

rCOD =0:94FCOD -0.14 R2 = 0.945 （1）

这一线性关系表明，由于生物量高，即使在较高的COD负荷下，MBR也能保证良好的处理，与传统的活性污泥法相比，最高COD负荷量为4～7倍。从等式（1），当RCOD为零时，FCOD为0.15 kg COD m3/d，表明剩余有机污染物在进水中微生物难以分解。

图6 COD去除效率与COD负荷的关系

3.2.2 脱氮率

同样地，NH4 -N去除率rNH4 -N（kg N m3 /d）和NH4 -N加载速率FNH4 -N（kg N m3 /d）之间的关系。分别计算了TN去除率rTN（kg N m3 /d）和TN加载速率FTN（kg N m3 /d）。两者呈线性关系如下：

rNH4 -N=0.88FNH4 -N-R2=0.873 (2)

rTN=0.68FTN- R2 全文共6714字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

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