摘要 :采用两级纯膜MBBR工艺处理低基质河道水,研究了启动过程中生物膜的硝化性能,并同步分析了生物膜厚度、生物量及微生物种群变化情况。结果显示,在冬季最不利水温条件下不接种污泥直接原水启动,经过10d系统调试成功,出水氨氮稳定达标,一、二级MBBR区出水氨氮分别为(1.35±0.38)、(0.43±0.15)mg/L,硝化负荷分别为(0.182±0.026)、(0.066±0.020)kg/(m 3 ·d),系统氨氮去除率达到(88.98±3.03)%,同时,系统具有一定的COD去除能力;启动过程中,负荷增长至第14天达到稳定,生物膜的生物量于第28天达到稳定,一、二级MBBR区的生物量分别为(2.66±0.36)、(2.14±0.19)g/m 2 ,生物膜厚度分别达到(197±23)、(157±17)μm;生物膜负荷具有一定余量,能够抵抗进水负荷冲击。启动阶段,生物膜物种丰富度于第21天基本达到稳定,一级生物膜的物种丰富度、物种分布均匀程度高于二级生物膜,具有更高的物种多样性;生物膜中优势微生物主要有Nitrospira、Hyphomicrobium、Nitrosomonas、Kouleothrix、Pedomicrobium、Pedobacter等,其中硝化菌属Nitrospira在一、二级生物膜中的相对丰度分别达到8.48%~13.60%、6.48%~9.27%,Nitrosomonas的相对丰度分别达到2.89%~5.64%、0.00%~3.48%,而Hyphomicrobium和Pedomicrobium等菌属的存在可能与进水中芳香烃类DOM的转化有关。
韩文杰(1990- ),工程师,主要从事生物质降解及污水脱氮除磷工艺研发工作。
应用工程简介
广东某水质净化厂,设计水量为260×10 4 m 3 /d,处理对象为微污染河道水,共分为两期,水量均为130×10 4 m 3 /d。水厂原处理工艺为单级混凝工艺,对进水中的TP、SS、COD去除效果较好,但对氨氮几乎没有处理能力;为响应政府治理河道水的号召,强化水厂对氨氮的处理能力,采用纯膜MBBR对水厂进行改造,切割39%的混凝沉淀区并镶嵌MBBR工艺包形成MBBR区,MBBR区设置两级工艺,池体中间设置拦截筛网,将悬浮载体固定于各池体内。MBBR区的悬浮载体填充率为40%,投加的悬浮载体类型为SPR-Ⅲ型,材质为高密度聚乙烯(HDPE),载体直径为(25±0.5)mm,高为(10±1)mm,有效比表面积>800m 2 /m 3 ,附着生物膜后密度与水接近,符合《水处理用高密度聚乙烯悬浮载体填料》(CJ/T 461—2014)行业标准的要求。MBBR区设置穿孔和微孔曝气,穿孔曝气保证悬浮载体的流化,微孔曝气保证MBBR系统供氧。MBBR区的设计气水比最大为2.0。
改造前后水厂的主要工艺流程见图1。设计进水COD、BOD 5 、TP、SS分别为40、15、1.5、60mg/L,设计出水浓度分别为30、7、1、50mg/L。对氨氮的处理要求与进水水质相关,当进水氨氮≥6mg/L时,系统对氨氮的去除量需大于5mg/L;当进水氨氮为3~6mg/L时,系统对氨氮的去除率不得低于84%;当进水氨氮<3mg/L时,要求出水氨氮<0.5mg/L。
图 1 改造前后水厂的主要工艺流程
结果与讨论
图 2 氨氮去除效果
图 3 两级MBBR区的实际硝化负荷
图 4 DOM组分的变化
进水中仅出现 2个荧光峰,其中组分A的峰位置为 λ Ex / λ Em =240nm/370nm,为类芳香烃蛋白类物质,而组分B的峰位置为 λ Ex / λ Em =280nm/320nm,为高激发波长色氨酸,属于类蛋白物质;出水中出现5个荧光峰,其中组分C( λ Ex / λ Em =230nm/370nm)和组分D( λ Ex / λ Em =240nm/380nm)均为类芳香烃蛋白类物质,组分E( λ Ex / λ Em =340nm/420nm)和组分F( λ Ex / λ Em =340nm/425nm)为可见光区富里酸,而组分G( λ Ex / λ Em =300nm/360nm)则属于生化过程中产生的色氨酸。可见,过低的进水COD浓度导致系统COD去除率不高,但进出水中的DOM组分却存在一定差异,且出水DOM类型更加丰富;另外,进水中主要为类芳香烃蛋白类与色氨酸类物质,而出水相比进水增加了类富里酸类物质,可能是因为进水中的DOM参与了生化反应,导致了组分的变化。
2.2 启动过程中悬浮载体的硝化性能
研究期间,一、二级 MBBR区悬浮载体的挂膜情况如图5所示(左侧为一级,右侧为二级)。悬浮载体投加3d后即出现明显的生物膜附着且整体呈现黄棕色;10d后,整个载体挂膜已基本均匀,颜色进一步加深;17 d后,生物膜颜色进一步加深,开始从黄棕色向黄褐色转变;30d后,生物膜呈现深褐色;50d后,生物膜呈现深褐色且致密。同时期内一、二级MBBR区的悬浮载体生物膜虽然颜色一致,但挂膜效果存在差异。
图 5 悬浮载体的挂膜效果
图 6 小试中悬浮载体的硝化负荷及生物量
图 7 各级悬浮载体生物膜厚度
图 8 第28天悬浮载体的生物膜厚度
图 9 悬浮载体生物膜的微生物多样性指数分析
图 10 悬浮载体生物膜的优势物种及相对丰度
结论
① 采用MBBR工艺处理微污染水,在冬季最不利水温条件下不接种污泥直接原水启动,经过10d系统调试成功,出水氨氮稳定达标,一、二级MBBR出水氨氮分别为(1.35±0.38)、(0.43±0.15)mg/L,系统对氨氮的去除率达到(88.98±3.03)%,一、二级MBBR的硝化负荷分别为(0.182±0.026)、(0.066±0.020)kg/(m 3 ·d);同时,系统具有一定的COD去除能力,相比进水,出水DOM组分中增加了类富里酸类物质。
② 在MBBR处理微污染水的启动过程中,硝化负荷增长于14d后达到稳定,生物膜的生物量增长滞后于硝化负荷增长,于28d后达到稳定,一、二级生物膜的生物量分别为(2.66±0.36)、(2.14±0.19)g/m 2 ,生物膜厚度分别达到了(197±23)、(157±17)μm;生物膜负荷具有一定余量,能够抵抗进水负荷冲击。
③ 启动阶段,生物膜的物种丰富度于21d后基本达到稳定,一级生物膜的物种丰富度和分布均匀程度高于二级生物膜,具有更高的物种多样性;生物膜中优势微生物主要有 Hyphomicrobium 、 Nitrospira 、 Nitrosomonas 、 Kouleothrix 、 Pedomicrobium 、 Pedobacter 等,其中硝化菌属 Nitrospira 在一、二级生物膜中的相对丰度分别为 8.48%~13.60%、6.48%~9.27%, Nitrosomonas 的丰度分别为 2.89%~5.64%、0.00%~3.48%,而 Hyphomicrobium 和 Pedomicrobium 等菌属的存在可能与进水中芳香烃类 DOM的转化有关。
④ 采用MBBR工艺处理微污染水,通过在已有絮凝沉淀池内镶嵌悬浮载体系统,强化氨氮去除效果,工程验证技术路线可行,且启动周期短,处理效果稳定,可为微污染水旁位处理提供技术思路。
纯膜 MBBR工艺处理微污染水的工程启动研究
韩文杰 1 ,周家中 1 ,刘妍 2 ,余军 3 ,温巧贤 4 ,彭进湖 4 ,吴迪 1 ,贺珊珊 3
( 1.青岛思普润水处理股份有限公司,山东 青岛 266510;2.东莞市水务集团工程有限公司,广东 东莞 523113;3.中国市政工程中南设计研究总院有限公司,湖北 武汉 430014;4.东莞市水务集团有限公司,广东 东莞 523106)
该文标准著录格式:
韩文杰 ,周家中,刘妍,等.纯膜MBBR工艺处理微污染水的工程启动研究[J].中国给水排水,2022,38(7):19-27.
HAN Wenjie,ZHOU Jiazhong,LIU Yan, et al .Start-up of p ure MBBR p rocess for m icro-polluted w ater t reatment[J].China Water & Wastewater,2022,38(7):19-27 (in Chinese) .
来源:中国给水排水/韩文杰等
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只看楼主 我来说两句抢地板感谢,学习一下。
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学习了,谢谢分享
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