印染廢水升級改造MBBR實驗研究

陳 莉， 雷 睿， 周鵬飛， 劉立娟， 李 雯

（重慶康達環保產業（集團）有限公司, 重慶 401121）

0 引言

某污水處理廠設計規模為2.0×104m3/d，設計進水為該市染整工業園的未經預處理的工業廢水，該工業園主要為印染企業。受工業園的入駐企業建設進度影響，目前企業排水量較少，現染整工業園實際工業廢水排放量約0.8萬m3/d，其余部分為城市綜合廢水（含部分工業廢水)。采用工藝為預處理+水解酸化+生物接觸氧化+氣浮+接觸消毒，出水執行GB 18918—2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級B標準。隨著新環保法的頒布實施，原有污水處理工藝已無法滿足新形勢下的環保要求。目前工藝對NH3-N，TN及CODCr處理效果均不理想，不能達標排放，需對現有工藝進行升級改造。針對進水水質波動大、接觸氧化池脫氮能力弱的問題，本次生化池改造應結合現有工藝及場地，強化生化系統對NH3-N，TN的去除，并且具備較強的抗沖擊及恢復能力，實現系統的穩定運行。

中試試驗為驗證改造方案的可行性，將污水處理廠現有接觸氧化池池容等比例縮小，改造為脫氮效果較好的A/O工藝，投加高性能的懸浮生物填料，形成單位體積生物量大、抗沖擊負荷能力強、傳氧傳質效率高、強化脫氮功能的MBBR工藝[1-5]。

1 實驗材料與方法

1.1 實驗裝置

中試裝置工藝流程見圖1。主要設計參數見表1。裝置底部采用穿孔管曝氣方式，擾動強，無需檢修。在缺氧區和好氧區分別投加青島思普潤水處理有限公司專利產品SPR型懸浮生物填料，填料性能指標見表2。投加的懸浮生物填料在污水中不停地旋轉、與污水中的污染物質頻繁接觸，同時能夠切割水中的氣泡，大大提高傳質、傳氧效率。

圖1 中試工藝流程

表1 中試實驗主要設計參數

表2 SPR型懸浮生物填料主要性能參數

1.2 實驗用水

中試實驗取水點設在水解酸化沉淀池出水口，進水水質與實際運行生物接觸氧化池進水水質一致。在實驗過程中，進水NH3－N，TN和CODCr經常超出設計值。水質情況見表3。

表3 生化池進水水質

1.3 實驗階段劃分及控制參數

中試試驗階段劃分及控制參數見表4。

表4 實驗階段劃分及控制參數

1.4 實驗方法

中試裝置及設備安裝調試完畢即開始實驗啟動。MBBR掛膜啟動階段重點控制缺氧區、好氧區的填料流化和DO濃度及回流比等。好氧區ρ（DO）控制在2～4mg/L之間，每日需監測CODCr,TN和NH3－N，同時進行生物膜生物相鏡檢。以CODCr,NH3－N和TN的去除率為掛膜成功指標，其氨氮去除率達到80%以上，且穩定一周為生物膜活化及馴化成功。由于硝化、反硝化菌生長緩慢，受溫度、水質、pH值等因素影響明顯，因此系統馴化預計啟動的時間為10 d左右。

生物膜馴化成功后，根據設計運行參數，進行正式連續性生產試驗。系統穩定運行3周，每日監測系統進、出水CODCr，NH3－N及TN等水質指標，同時考察好氧區的硝化能力、缺氧區的反硝化能力以及碳源投加量等。按設計運行參數穩定運行3周后，調整各運行參數（回流比，DO及碳源投加量等）運行1周，在出水水質穩定達標的前提下，實現系統運行參數最優。

1.5 監測指標及分析方法

中試實驗監測指標及水質分析監測方法見表5[6]。

表5 監測指標及水質分析監測方法

2 結果與討論

2.1 MBBR掛膜啟動階段

實驗啟動第1天下午取污水廠接觸氧化池內污泥加入中試裝置進行掛膜，采用快速排泥法進行掛膜[7－8]，將接種污泥與污水混合后靜置 24 h，使污泥與填料充分接觸起到接種微生物的作用，排掉上清液，之后連續進水，并逐漸加大進水負荷，第2～第5天逐漸提高進水量從0.05～0.15 m3/h，附著在填料上的微生物在營養充足條件下會迅速繁殖。根據設計方案優化調控運行參數，檢驗生物膜馴化效果。

2.1.1 填料掛膜情況

經過4 d培養馴化，填料已開始掛膜；隨著試驗的進行，啟動后期填料掛膜逐漸趨于成熟，鏡檢可觀察到大量的鐘蟲、輪蟲等原生動物和后生動物，微生物相豐富，見圖2和3。MBBR系統對NH3－N去除率在第3天已達到84%，經過10 d左右掛膜馴化完成[9]。

圖2 填料掛膜情況

圖3 生物鏡檢輪蟲

2.1.2 啟動階段運行效果

系統啟動階段對NH3－N，TN及CODCr去除效果見圖4～6。

圖4 啟動階段NH3-N去除效果

圖5 啟動階段TN去除效果

圖6 啟動階段COD去除效果

由圖4～6可知，啟動馴化階段進水水質偏高，且波動較大。

由圖4可知，在啟動第3天，NH3－N去除率即已達到84%，到第6天后穩定在90%以上。該SPR型懸浮填料對硝化菌有較好的聚集左右，系統對NH3－N有很好的去除效果，進水NH3－N平均質量濃度為33.4 mg/L，出水平均為4.3 mg/L，平均去除率為86.82%，出水NH3－N穩定達到一級A標準。

由圖5可知，啟動階段系統對TN去除效果不理想。進水TN平均質量濃度為46 mg/L，出水平均為29.43 mg/L，平均去除率為36.14%，出水TN均不能達到一級A標準。分析原因可能由于反硝化菌世代周期較長，一般在15 d左右，啟動初期反硝化菌數量較少所致。

由圖6可知進水CODCr平均質量濃度為234.8 mg/L，出水平均為98.34 mg/L，平均去除率為58.52%。系統對CODCr去除效果不理想，出水CODCr偏高。

2.2 MBBR穩定運行階段

2.2.1 對NH3－N去除效果

MBBR穩定運行階段對NH3－N的去除效果見圖7。進水NH3－N濃度波動較大，質量濃度在14.71～61.8 mg/L波動，出水NH3－N平均質量濃度為2.13 mg/L，處于穩定達標（一級A）狀態，平均去除率為93.39%。系統具有較強的適應沖擊的能力，且隨著填料生物膜的馴化成熟，微生物種類及數量還會有很大程度提高，進而表現出更加穩定高效的去除能力和較強的抗沖擊能力。

圖7 穩定運行階段對NH3-N去除效果

2.2.2 對TN去除效果

MBBR對TN的去除效果見圖8。

圖8 穩定運行階段對TN去除效果

由圖8可以看出，進水TN波動較大，質量濃度在22.3～73.27 mg/L間波動，平均質量濃度為43.25 mg/L，出水ρ（TN）平均為 16.14 mg/L，平均去除率為61.79%。出水TN最高達到34.7 mg/L，在11～20 d出水均大于15 mg/L。考慮到該實驗在7月份實施，有利于硝化菌的培養，而出水反硝化效果一直不佳，出水TN均不能達到一級A標，是否存在碳源不足問題。根據出水硝態氮數據平均質量濃度為25 mg/L，從21 d開始按照出水硝態氮去除10 mg/L考慮投加碳源（乙酸鈉）80 mg/L。由圖8可以看出隨著碳源的投加，出水TN濃度驟降，達到一級A標。分析主要原因是碳源投加去除掉大量硝態氮，使得TN濃度降低。第29～35 d出水TN又出現不能穩定達標，分析其進水TN濃度升高明顯，可能存在反硝化碳源不足，增加乙酸鈉投加量至100 mg/L，隨后出水TN達標排放。

2.2.3 對CODCr的去除效果

MBBR對CODCr的去除效果見圖9。由于該廠進水中工業廢水基本為未經處理的印染廢水，還含有少量垃圾滲濾液，導致進水CODCr濃度變化較大，質量濃度在124.72～426.75 mg/L波動。CODCr出水隨著進水的變化仍呈現一個正相關特性，質量濃度在47.6～251.9 mg/L波動，平均為 80.22 mg/L，CODCr平均去除率為64.4%。雖MBBR填料能增加微生物種類及數量，但由于廢水中含有大量難生物降解物質，出水CODCr不能達到一級A標，還需進一步深度處理。

圖9 穩定運行階段對CODCr去除效果

3 結論與建議

（1）SPR型懸浮填料掛膜情況良好，適應性強，可快速富集微生物，啟動馴化速度快。

（2）MBBR系統對NH3－N和TN處理效果較好。NH3－N平均去除率為93.4%，平均出水質量濃度為2.13 mg/L，達到一級 A標；TN平均去除率在61.79%，平均出水質量濃度為16.14 mg/L，排除前期碳源不足造成出水TN偏高，在增加外碳源投加后可達到一級A排放標準。

（3）MBBR系統具有較強的抗沖擊的能力。在受到較大的進水水質沖擊波動，出水NH3－N穩定達到一級A標，在及時調整外碳源投加量情況下，TN也能穩定達到一級A標。

（4）本中試實驗僅投加乙酸鈉作為反硝化外碳源，下一步建議可選擇幾種碳源進行對比實驗，摸索不同外碳源投加反硝化過程反應條件和反應機理，確定各種碳源的C/N最佳投加比例和投加量，去除效果和反硝化速率，通過技術經濟性比較確定外碳源利用效率最佳的外碳源及相關技術經濟指標。