聚合硫酸铝铁水解酸化水解酸化膜生物反应器处理印染废水

聚合硫酸铝铁水解酸化水解酸化膜生物反应器处理印染废水

目前，精细纺织法仍是废水处理的难题，生化法的处理效果较差。聚乙烯醇(PVA)等化学浆料造成的COD占印染废水总COD的比例相当大,很难被普通微生物分解,故COD去除率只有20%～30%。膜分离技术可用于处理印染废水。膜生物反应器(MBR)是将膜分离技术与生物处理技术相结合的处理工艺。但单独使用MBR处理印染废水时脱色效果并不理想,出水不能达到回用的标准。在MBR中加入粉末活性炭形成生物炭(BAC)污泥,可以提高印染废水的处理效果。向MBR中加入氢氧化铁可以改善污泥的结构特征,显著提高COD去除率,增强系统耐受冲击负荷的能力,减轻膜污染。向MBR中加入铝盐和沸石粉可以减轻膜污染和增加膜通量。聚合硫酸铝铁(PAFS)价格较低廉,具有铁盐和铝盐的双重性质,是使用较广泛的印染废水处理絮凝剂。本工作采用水解酸化—MBR工艺处理模拟印染废水(简称废水),比较了加入PAFS的运行系统与未加入PAFS的运行系统对废水的处理效果,以及MBR的污染情况。1实验部分1.1d的组成与组成实验所用废水为自行配制的模拟废水,COD为900～1300mg/L,BOD5/COD为0.15～0.20,其组成见表1。实验所用试剂均为分析纯。PAFS:分析纯。接种污泥为上海市松东净化有限公司的回流活性污泥。TU1810型紫外-可见分光光度计:北京普析通用仪器有限责任公司;JSM-5600LV型扫描电子显微镜(SEM):JEOL电子株式会社。1.2膜组件及ros-pafs的投加实验流程示意见图1。水解酸化池和MBR的容积分别为72L和18L,MBR系统的泥龄(SRT)为50d,水力停留时间(HRT)为10h;膜组件为聚偏氟乙烯中空纤维膜,膜孔径为0.2μm,每个膜组件的过滤面积为0.4m2。废水经潜水泵提升到水解酸化池(装有聚酰胺弹性软填料,填充率为30%～40%,以便于微生物挂膜)预处理后溢流进入MBR。由蠕动泵抽吸MBR出水,根据污泥浓度每周向1号系统投加2次PAFS(控制Fe和Al的质量分别为污泥质量的5%和1.7%),2号系统未加PAFS作为对照。在MBR底部设有曝气头,连续曝气,水气两相呈错流形式冲击膜组件。1.3絮凝污泥的制备将污泥在MBR内空气曝气24h,除去其中的有机基质。污泥驯化分两个阶段,第一阶段:向污泥中加入一定量的营养液进行培养,然后使用一旧膜组件连续出水运行,并逐渐加大废水加入量,运行2周左右;第二阶段:将PAFS加入到污泥中,继续驯化2周,形成颗粒较大的团状絮凝污泥。待MBR对COD的去除率稳定在80%以上后,换上新的膜组件,将水解酸化池与MBR联通,通入废水进行处理。1.4脱色率的测定采用重铬酸钾法测定COD;采用分光光度计在最大吸收波长(592nm)处测定废水吸光度,计算脱色率。采用SEM观测膜污染后的微观情况。2结果与讨论2.1cod的去除MBR正式启动后的COD去除效果见图2。由图2可见:1号系统的COD去除率在运行初期不够稳定;运行至第55天,两个系统的COD去除率均达到85%;随后1号系统的COD去除率均高于2号系统,最高达92.5%。说明1号系统对此泥龄条件下被截留的微生物代谢产物有较强的降解能力和吸附能力,避免了这些难降解的微生物代谢产物在MBR中的积累,可比2号系统排放更少的污泥,达到了污泥减量化。2.2系统运行时间的影响不同处理工段的废水脱色率见图3。由图3可见:水解酸化工段的废水脱色率稳定在50%左右,废水在水解酸化工段完成了部分脱色,废水的可生化性提高。经过水解酸化后废水进入MBR,1号系统运行初期的脱色率低于2号系统。原因可能是1号系统中的PAFS对降解活性艳蓝KN-R的某些细菌有抑制作用,这与文献的结论一致。随着系统运行时间的延长,1号系统的废水脱色率升高,逐渐高于2号系统,最高达93.2%。这是因为,随污泥浓度增大,加入的PAFS的量增加,更多的染料絮凝在改性的含Al和Fe的活性污泥中,通过膜的高效截留作用,全部细菌及悬浮物均被截流在曝气池中。同时有利于增殖缓慢的硝化细菌及其他细菌的生长和繁殖,强化了脱色细菌的培养和驯化,脱色细菌慢慢适应了有Fe和Al存在状况下的污泥,故脱色率提高。说明PAFS中金属离子的电中和与其立体结构的集卷网捕作用可以有效实现废水的脱色。2.3膜污染程度对比膜污染将导致抽吸压力的增大,在膜通量一定的情况下,抽吸压力增大速率是膜污染程度的反映。两个MBR系统的抽吸压力比较见图4。由图4可见:运行初期两个系统的抽吸压力增大速率均较平缓;随运行时间延长,2号系统的抽吸压力的增大速率远大于1号系统,说明加入PAFS后,1号系统的膜污染发展缓慢。2.4膜表面细菌粒子污染后膜表面的SEM照片见图5。由图5a和图5b可见:2号系统的膜污染比1号系统严重,1号系统的膜表面为均一的黏性凝胶层,污泥絮体较少;2号系统的膜表面沉积了大量的污泥絮体、颗粒物及黏连的胶体粒子。说明加入PAFS后减缓了MBR中活性污泥在膜表面的沉积,膜污染发展缓慢主要是因为粒径较大的颗粒具有较小的膜面净迁移速率所致。2.5性表面活性剂清洗当膜组件的抽吸压力达到临界压力时,分别采用4种方法对污染膜进行清洗:水洗、水洗—碱洗、水洗—酸洗、水洗—碱洗—酸洗。水洗是用大量自来水强压冲洗;水洗—碱洗是水洗后用质量分数为2%的NaClO溶液浸泡2h,再水洗;水洗—酸洗是水洗后用质量分数为2%的HCl溶液浸泡2h,再水洗;水洗—酸洗—碱洗是水洗—酸洗后用质量分数为2%的NaClO溶液浸泡2h,再水洗。4种清洗方法的膜通量恢复情况见图6。由图6可见:1号系统采用水洗-酸洗后膜通量恢复率更高,因为酸性清洗剂可以去除Ca2+,Mg2+,Fe2+等金属离子及其氢氧化物以及无机盐凝胶层,说明1号系统膜组件的污染主要是Fe3+、Al3+及它们的氢氧化物为主的无机物在膜表面和膜孔内沉积所形成;2号系统采用水洗-碱洗比较有效,因为碱洗对去除膜表面的有机污染物、细菌和微生物效果显著,说明2号系统膜组件的污染以微生物及其有机代谢产物和污泥层附着为主。两个系统的膜组件在水洗—酸洗—碱洗时,膜通量的恢复率最高,这可能是因为酸洗后未消除的一些无机物引起膜孔吸附和堵塞,经NaClO清洗后膜通量又有所提高。3膜污染的情况a)对比了加入PAFS的水解酸化—MBR工艺(1号系统)和未加PAFS的水解酸化—MBR工艺(2号系统)对模拟印染废水中COD和色度的去除效果。运行至第55天,两个系统的COD去除率均达到85%;随后1号系统的COD去除率均高于2号系统,最高达92.5%。1号系统的废水脱色率高于2号系统,最高达93.2%。b)2号系统的抽吸压力的增大速率远高于1号系