MLSS对FBR处理高氨氮印染废水的影响

辛海霞，季诚昌，张 凡，吴 凡

（东华大学a.材料科学与工程学院；b.环境科学与工程学院，上海 201620）

MLSS对FBR处理高氨氮印染废水的影响

辛海霞a，季诚昌a，张 凡b，吴 凡b

（东华大学a.材料科学与工程学院；b.环境科学与工程学院，上海 201620）

采用尼龙纺织布作为过滤组件组成新型尼龙纺织布生物反应器（FBR）处理高氨氮低碳印染废水.研究在不同混合液污泥浓度（mixed liquid suspended solids，MLSS）条件下FBR对模拟高氨氮印染废水处理效果的变化，发现该工艺的COD去除率为73.80%～78.15%，NH＋4-N去除率为91.53%～95.82%，TN去除率为50.34%～82.52%，最佳 MLSS为6 500 mg／L.

布生物反应器；高氨氮；印染废水；脱氮

当前，由于许多印染工艺使用有机氮和无机氨盐等染料和助剂，废水的含氮量大大提高，这对脱氮提出了更高的要求.膜生物反应技术可广泛用于污水处理和中水回用领域［1］.虽然传统的膜生物反应器（MBR）对氨氮有较好的去除效果，但由于缺少反硝化，该工艺对总氮（TN）的去除效果不佳［2］，如何在高氮低碳条件下达到较好的脱氮效率成为研究重点.布生物反应器（FBR）是通过活性污泥过滤过程中形成的生物动态膜，实现近似于微滤膜的过滤效果而形成的一种新型的生物反应器.布生物反应器对水体中的化学需氧量（COD）、5日生化需氧量（BOD5）、氨氮、悬浮物（SS）等有较好的去除效果［3-5］，并由于水体中溶解氧量有限，菌胶团内部会形成缺氧区，对TN的去除也有较好的效果［6］.本文采用廉价的尼龙纺织布代替传统MBR中的膜组件，不仅使膜单元投资和更换费用有大幅度的降低，而且由于其大孔结构，该装置过水阻力较小，在工程应用中易于实现重力流过滤，无需传统MBR工艺中较高的操作压力，降低了运行成本.另外由于随着混合液污泥浓度（mixed liquid suspended solids，MLSS）的增加，相对应的有机负荷和氨氮负荷也随之变化，有机物和 TN的去除率也会相应变化［7-9］，因此MLSS是影响工艺去除效果的一个重要因素.本文重点研究不同MLSS对尼龙纺织布生物反应器处理高氨氮印染废水处理效果的影响.

1 试验部分

1.1 试验装置

布生物反应器装置如图1所示，试验的主体反应器可分为3个隔间，中间隔间不曝气，两边曝气，形成中间厌氧反硝化而两边好氧硝化的结构，并在好氧区域放置布膜组件，共同构成污染物处理体系.污水由原水箱经泵进入中间池，通过厌氧处理后进入膜室，污染物在膜室的截留作用下被进一步降解和去除，膜出水方式为重力自流.

1—过滤组件；2—空气压缩机；3—进气管；4—气体流量计；5—进气阀门；6—穿孔曝气管；7—出水口；8—隔板；9—支架台；10—配水箱；11—进水管；12—蠕动泵；13—进水孔；14—溢流口；15—排泥口；16—生物反应池

1.2 试验方法

将活性污泥在反应器中用间歇式活性污泥法（SBR）进行驯化，出水稳定后，进入连续式FBR，调整不同的MLSS，研究反应器对COD的处理效果以及脱氮效果.

1.3 主要监测项目

1.4 进水水质及运行参数

1.4.1 进水水质

本试验模拟实际印染厂的印染废水为反应器进水，以葡萄糖（C6H12O6）、羧甲基纤维素钠盐、聚乙烯 醇 和 酸 性 红 （C20H12N2Na2O7S2）、 酸 性 黄（C12H11N3NaO6S2）、酸性蓝（C16H8N2Na2O8S2）为主要碳源，磷酸二氢钾（KH2PO4）为磷源，以硫酸铵（（NH4）2SO4）为氮源，碳酸氢钠（Na HCO3）作为p H缓冲剂添加.具体废水组分如表1所示.

表1 模拟印染废水组分Table 1 Composition of simulated printing and dyeing wastewater

1.4.2 运行参数

FBR中活性污泥的起始质量浓度为1 600 mg／L，控制曝气量为1.9～2.3 m3／h，好氧段溶解氧质量浓度为1.98～4.12 mg／L，平均值为3.08 mg／L，水力停留时间（HRT）为20 h，进水加入Na HCO3缓冲剂调节系统p H值，维持p H值为7～8，尼龙布膜组件膜通量为20 L／（m2·h），整个试验过程中不排泥.

2 结果与分析

2.1 COD的去除效果分析

不同MLSS条件下，COD去除效果的变化如图2所示.由图2可知，MLSS的变化对COD去除效果有着较大的影响.MLSS较低情况下（＜3 000 mg／L），COD的去除率小于70%，但是随着 MLSS的增加，COD去除率迅速增加.主要原因是系统中的MLSS太低，污泥太少，微生物量少，只需要分解水体中的少量污染物即可以满足微生物自身代谢需求.MLSS中等情况下（3 000～7 000 mg／L），COD去除率为73.80%～78.15%且保持上升趋势，但是COD去除率上升趋势较缓慢，在该阶段污泥量适中，处理效果也较好.文献［10］研究表明，化工废水好氧生物处理要求MLSS为3 000～7 000 mg／L，该MLSS条件下反应器微生物量较适宜，且此时污泥活性能良好.MLSS较高情况下（7 000～9 000 mg／L），COD 去 除 率 进 一 步 提 升 达 到79.65%，且基本稳定.当 MLSS达到9 100 mg／L时，COD去除率下降为77.19%，说明在该状态下，水体中污泥太多，溶解氧消耗过快，好氧微生物活性下降，COD的去除率反而下降.

图2 不同MLSS下COD去除率变化Fig.2 The changes of COD removal rate under different MLSS

图3 不同MLSS下N-N去除率变化Fig.3 The changes of N-N removal rate under different MLSS

2.3 反应器出水体中NO x-N质量浓度的变化

图4 不同MLSS下出水体中N-N质量浓度变化Fig.4 The changes of N-N mass concentration under different MLSS

2.4 TN的去除效果分析

不同MLSS下反应器膜出水体中TN的去除率变化情况如图5所示.

图5 不同MLSS下TN去除率变化Fig.5 The changes of TN removal rate under different MLSS

由图5可以看出，MLSS较低情况下（＜3 000 mg／L），TN 的平均去除率为55.71%，但是随着MLSS的增加，TN去除率迅速增加.主要原因是系统中的MLSS太低，污泥太少，微生物量少，只需要分解水体中的少量污染物即可满足代谢需求.

MLSS中等情况下（3 000～7 000 mg／L），TN去除率从50.34%升至82.52%，MLSS为3 200 mg／L时，TN去除率为50.34%，低于低 MLSS下TN的平均去除率，但随着MLSS的增加，TN去除率迅速上升.结合图3和4分析，随着污泥量的增加，水体中溶解氧量下降，菌胶团内部厌氧区的反硝化细菌活性逐渐增强，同时硝化细菌也有较好的活性，所以TN的去除率能达到82.52%.

MLSS较高情况下（7 000～9 000 mg／L），TN去除率开始下降，当MLSS达到9 100 mg／L时，TN去除率为68.80%.说明在该状态下，水体中污泥太多，溶解氧消耗过快，好氧区的硝化细菌活性下降，无法产生充足的N-N，限制了反硝化过程，使得TN去除率下降.该情况与图2所示的COD的变化相互印证.

3 结 语

（1）随着MLSS的增加，反应器对COD的去除效果有所提升，COD去除率最高可达79.65%，且COD与TN的去除效果趋势相近，说明COD的去除有一部分依靠反硝化细菌的作用.

（3）综合考虑COD去除效率及脱氮效率的情况，MLSS为6 500 mg／L时，可视为一体式FBR同步硝化和反硝化的最佳条件.

布生物反应器除具有传统膜生物反应器优点外，还具有低造价、低能耗、高强度等特点，该工艺对于中小规模废水处理有很好的应用前景.

［1］章祖良.MBR膜生物反应器在污水处理中的发展及应用［J］.科技资讯，2011（4）：148.

［2］张捍民，成英俊，肖景霓，等.序批式膜生物反应器脱氮除磷性能研究［J］.大连理工大学学报，2005，45（1）：22-25.

［3］KISO Y，JUNG Y J，ICHINARI T，et al.Wastewater treatment performance of a filtration bio-reactor equipped with a mesh as a filter material［J］.Water Research，2000，34（17）：4143-4150.

［4］SATYAWALI Y， BALAKRISHNAN M. Treatment of distillery effluent in a membrane bioreactor（MBR）equipped with mesh filter［J］.Separation and Purification Technology，2008，63（2）：278-286.

［5］杨琦.新型尼龙纺织布生物反应器工艺的探究［D］.上海：东华大学环境科学与工程学院，2012：35-37.

［6］封莉，张立秋，吕炳南.污泥浓度对膜生物反应器运行特性的影响研究［J］.哈尔滨工业大学学报，2003，35（3）：307-310.

［7］王彬.膜生物反应器（MBR）在污泥膨胀情况下运行状况的分析［D］.天津：天津大学环境科学与工程学院，2005.

［8］谢有奎，颜强.污泥负荷对污水生物去除氮、磷和有机物的影响［J］.重庆建筑大学学报，2004，26（3）：63-65.

［9］GUNDER B， KRAUTH K. Replacement of secondary clarification by membrane separation-results with plate and hollow fibre modules［J］.Water Science and Technology，1998，38（4）：383-393.

［10］郝丹，王丹，赵兴龙，等.污水处理场曝气池最佳污泥浓度控制研究［J］.科技资讯，2009（7）：139.

［11］李燕峰，郭方峥，肖胜勇，等.提高污泥浓度对市政污水处理的影响研究［J］.能源环境保护，2007，21（4）：37-39.

Treatment Effect of High Ammonia Nitrogen Printing and Dyeing Wastewater under the Different MLSS by FBR

XINHai-xiaa，JICheng-changa，ZHANGFanb，WUFanb

（a.College of Materials Science and Engineering；b.School of Environmental Science and Engineering，Donghua University，Shanghai 201620，China）

Nylon textile fabric as filter components in fabric bioreactor（FBR）is used to dispose high ammonia nitrogen and low carbon printing and dyeing wastewater.The effect of different MLSS（mixed liquid suspended solids）is researched on the treatment of simulated high ammonia nitrogen printing and dyeing wastewater by FBR.The results show that the average COD removal rate is 73.80%-78.15%，the average NH4＋-N removal rate is 91.53%-95.82%，the average TN removal rate is 50.34%-82.52%and the optimal MLSS is 6 500 mg／L.

fabric bioreactor；high ammonia nitrogen；printing and dyeing wastewater；denitrification

X 788

A

2014-07-31

辛海霞（1982—），女，山西临汾人，工程师，硕士研究生，研究方向为氟化工产品、三废处理.E-mail：xhx20060717＠126.com

季诚昌（联系人），男，教授，E-mail：jicc＠dhu.edu.cn

1671-0444（2015）05-0692-04