固定化微生物-曝气生物滤池系统处理焦化污水的研究

固定化微生物-曝气生物滤池系统处理焦化污水的研究

在传统的高有机废水和高氨氮废水的生理化中，通常使用a-o或o-a生物脱氮工程。在这个过程中，我们将碳氧化和氨氮分开。由于缺乏长期的水循环，有机负荷低，污泥和硝化液必须同时流动，并且需要的耐腐蚀性和抗毒性差。固定化微生物技术处理含氮污水时,既可保持良好的COD去除率,又能得到NH4+-N去除率高于普通A/O工艺的较好结果.然而,由聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯酰胺(PAAm)、聚乙二醇(PEG)等合成高分子水凝胶,或由海藻酸钠、琼脂等到天然高分子水凝胶做载体并以包埋法固定化的微生物用于实际污水生化处理工程时,由于受包埋网格的限制、以及天然或合成高分子凝胶材料的水溶性较大等原因,又呈现出稳定性、传质性及耐冲击性不佳的缺点,以致造成处理效率低、特别是较大分子量污染物的降解速率慢,出水SS含量高等问题.因此,固定化微生物技术处理高浓度有机污水和高氨氮工业污水、乃至处理各种工业及生活污水的发展甚为缓慢,大部分基本停留在实验研究阶段,难以适应日益发展的环境保护要求.本文着眼于高浓度难降解有机污水、高氨氮工业污水的生化处理,用功能化大孔载体FPUFS并以载体结合法固定化高效微生物菌群B350,所得固定化B350置于曝气池中构成一个有效容积为1500L的固定化微生物-曝气生物滤池污水处理系统、即曝气生物滤池(I-BAF)系统,并以I-BAF系统对煤气厂焦化污水进行现场连续运转处理.通过对进水与出水氨氮(NH4+-N)、挥发酚及化学耗氧量(COD)的检测分析,研究了I-BAF系统对实际工业污水的处理效果,取得了非常满意的结果.1材料和方法1.1微生物指标b0FPUFS载体:这种载体含有羟基、环氧基和酰胺基等反应性基团,湿密度为1.0g/cm3,持水量为2300～2600%,比表面为80～120m2/g,孔径0.3～0.7mm.高效微生物菌群B350(美国BIO-SYSTEM公司提供),含28种专用微生物及纤维酶、淀粉酶、脂肪酶和水解酶,堆密度为0.6～0.8g/cm3,微生物数量为30～50亿个/g.其它试剂均为化学纯或分析纯.1.2微生物的诱导和固定化阶段实验工艺见图1.1、2、3、4每个池的容积分别为0.2m3,0.6m3,0.6m3,0.6m3.在2、3、4池内装填专用自制FPUFS载体,池底铺设微孔曝气管,水、气均用流量计自行控制.在2、3、4池的不同部位设有取样口.实验共分两个阶段:第1阶段为微生物的驯化和固定化阶段,时间为20d;第2阶段为工艺参数、运行控制的研究阶段,时间为90d.实验步骤如下:首先将污水用泵打到调节池,按计算量补加磷盐,再将调节后的污水打入3个曝气生物滤池,打满后开动曝气,每个池保持DO为3～5mg/L,往每个生物池投入50g高效微生物B350,然后开始闷曝,第2天、第3天各池投菌10g,闷曝3天后开始以25L/h流量连续进水,并开始每天定时检测调节池污水和出水中的COD、氨氮值,同时用克氏定氮法测定载体上固定的微生物量,如出水中COD≤100mg/L、NH4+-N≤15mg/L,且载体中微生物量≥8g/L,即认为驯化、固定化阶段基本完成,再逐渐加大进水流量,得出最佳的水力停留时间.然后进入第2阶段,连续检测进出水各项指标及载体中固定化微生物量.1.3ph值的测定方法COD/CSB型COD快速测定仪(德国),BSB/BOD型BOD5测定仪(美国),HI93715型NH4+-N测定仪(美国),YSI55型溶解氮测定仪(美国),DP5000pH值在线检测仪(美国),HI93728型NO3-测定仪(美国),总磷测定仪HI93706(美国),HI93708型NO2-测定仪(美国).2结果与讨论2.1续运转处理效果为了深入了解固定化B350-I-BAF系统的运行效果,本文以兰州煤气厂焦化污水处理为例,对进水与出水氨氮(NH4+-N)、挥发酚及化学耗氧量(COD)进行了检测分析,并对现场连续运转处理过程中I-BAF系统的处理效果进行了系统研究.表1是固定化B350-I-BAF系统处理煤气厂焦化污水的运行结果.由表1可看出,固定化B350-I-BAF系统处理出水优于《国家污水综合排放GB8978-1996》中的一级排放标准(COD≤100mg/L,NH4+-N≤15mg/L,挥发酚≤0.5mg/L,SS≤70mg/L,色度≤50倍,pH值:6～9).用固定化B350-I-BAF系统处理煤气化污水效果明显,工艺运行稳定,从而显示出固定化B350-I-BAF系统在处理高浓度、难降解有机物和高NH4+-N方面的独特优势.2.2固定化c350-i-baf系统的污染物去除效果2.2.1挥发油酚的降解图2是I-BAF系统进水和出水挥发酚的关系图.由图2可以看出,尽管I-BAF系统进水挥发酚浓度变化较大,但出水酚非常稳定,表现出了固定化微生物具有较强的除酚能力.酚是对微生物生长和活性有抑制作用的化学物质,通常当酚的浓度超过100mg/L时,就会对微生物的生长和活性产生毒副作用.本试验中酚的浓度已远远超出抑制极限,但微生物活性未受影响,说明固定化微生物具有较强的毒物耐受能力.试验还表明,对酚的降解要采用对固定化微生物逐步驯化、即浓度由低到高,经过7～10天的驯化后,固定化B350-I-BAF系统既具有较好的除酚能力,还具有一定的抗冲击负荷的能力.试验结果表明,挥发酚进水浓度最高281mg/L、最小132mg/L、平均177mg/L,出水最高1.520mg/L、最小0.056mg/L、平均0.498mg/L,去除率99.7%.2.2.2焦化污水生物处理能力煤气厂焦化污水中COD物质主要为煤焦油,是难于生物降解的物质,如苯、甲苯、二甲苯、萘、喹啉、吡啶等,传统的生物法对上述物质处理效果非常低,出水COD很难达标排放.在目前所见到的报道中,未见到有关焦化污水通过生物处理达标排放的报道.图3是固定化350-I-BAF系统进、出水口COD变化图,由图3可以看出,I-BAF系统进口COD值变化较大,最大为3590mg/、最小为3250mg/L,平均为3450mg/L,而I-BAF系统出口COD值较为稳定,最大为93.5mg/L、最小为38.3mg/L,平均为57.7mg/L,去除率为98.3%.显示出固定化微生物对难生物降解的物质的优异降解作用.这主要是因为在I-BAF系统中存在的好氧、兼性及厌氧菌提高了去除有机物的广谱性,反硝化作用也增强去除COD的能力.2.2.3固定化微生物的生物脱氮试验NH4+-N的去除是污水处理中最难的问题之一,尤其对于中等浓度的NH4+-N(50～1000mg/L)的去除是世界性难题.NH4+-N的生物分解是利用硝化一反硝化原理.在常规的生物处理中,碳氧化和氨氮的硝化是分开进行的,即先进行碳的氧化,后再进行硝化,因为硝化菌、亚硝化菌在有机物存在的情况下,不能生存,且硝化菌、亚硝化菌易受各种因素的抑制,如温度、pH值、碱度、NO2-、NO3-、NH4+-N和游离氨的浓度等.在污水中NH4+-N浓度超过50mg/L时将对硝化过程产生抑制,目前国际上普遍认为当污水中NH4+-N的浓度超过200mg/L时,生物法是无法处理的.煤气厂焦化污水中NH4+-N的最大498mg/L、最小423mg/L,平均浓度为451mg/L,已远远超出了生物处理的界限.本试验中采用固定化高效微生物B350,在经过15天的驯化后,既具有脱除NH4+-N的能力,且运行比较平稳,表明在固定化微生物生物中,硝化菌、亚硝化菌已成为优势菌种.图4是固定化350-I-BAF系统进、出水口NH4+-N浓度的变化图,由图可以看出,I-BAF系统进水口NH4+-N浓度高且变化较大,而出口NH4+-N接近于0、且特别稳定,没出现抑制现象,表明固定化微生物具有良好的脱氮效果.实验结果突破了生物法处理氨氮浓度的界限,将生物脱氮研究提到了新的水平