蜂窝胞壁厌氧生物滤池在A-A-O泥水回流工艺中的作用

2020-02-14张光海

建材与装饰 2020年9期

张光海

（青岛鸿瑞电力工程咨询有限公司山东青岛 266100）

0 引言

焦化废水是一种有毒难降解的工业有机废水[1]，具有有机物浓度高、组分复杂、组分难降解、无机组分中含盐量高、氨氮高、色度、挥发性、泡沫等污染形态特征。目前，焦化废水的处理多采用A/A/O工艺。研究显示，厌氧段对焦化废水中的大部分难降解有机物，如多环芳烃、杂环化合物等具有良好的厌氧生物转化率，在后续好氧段经过生物降解能力的提高后可以有效降解。此外，厌氧段的厌氧微生物还具有一定的脱毒和难降解物质利用的特性，本研究采用新型蜂窝状细胞壁厌氧生物滤池作为厌氧段处理焦化废水，研究了蜂窝胞壁厌氧生物滤池在A/A/O泥水回流工艺中的作用。

1 材料与方法

1.1 试验装置

焦化废水经原水提升泵提升至高位水池后，自动进入细胞壁厌氧生物滤池，出水依次经过缺氧池和好氧池。好氧池中的污泥水回流至缺氧池，回流比为3：1，最终出水通过膜。实验中，蜂窝式细胞壁厌氧生物滤池主要由细胞体、蜂窝式细胞壁纤维滤料、曝气系统和配水系统组成。池体有效容积为0.4m3，池体密封，池内部气体通过气泵循环，池内液体通过气举作用循环流动，完全混合。

1.2 原水水质

试验用焦化废水的水质，COD为1529～2985mg/L，NH3-N为78.3～253.2mg/L，TN 为 186～650mg/L，水温为 7.3℃～25℃，pH 值为 7.5～9.5。

1.3 分析方法

使用重铬酸钾法测定COD，使用纳氏试剂分光光度法测定NH3-N，使用过硫酸钾氧化-紫外分光光度法测定TN，使用pH计测定pH值。

2 结果与讨论

2.1 水解酸化作用

在蜂窝胞壁厌氧生物滤池中，焦化废水中难生物降解的有机物发生水解、酸化等反应，水中大分子的杂环和稠环芳烃（特别是难生物降解有机物）开环或开链，部分有害物质被降解，增加了废水的可生化性，生成的易生物降解的有机物作为反硝化的碳源和能源。由于厌氧池的氨化作用，出水氨氮浓度增加，在一定的氨氮浓度范围内，COD去除率也会增加，因为氨氮对去除COD的异氧菌几乎无抑制作用，反而为其提供了繁殖所需的有机底物。随着氨氮负荷的增大，降解有机物的异氧菌因底物充足、竞争减小而活跃起来，对COD去除率也提高。

实验中COD进水平均值2290.1mg/L，厌氧出水1556.5mg/L，蜂窝胞壁厌氧生物滤池对COD的去除率在12.3%～55.9%，平均为32.5%，与传统A-A-O厌氧反应器相比，COD的去除率提高了15%左右。主要是因为蜂窝式细胞壁厌氧生物滤池有两个优点：①采用蜂窝室壁纤维滤料，蜂窝室壁形成的六边形直管具有很大的高径比，消除了滤料中的逆流、短流和池内死角，提高了反应器的容积效率。②池内液体通过气举形成循环流动，使上升流区处于明显的完全混合状态，下降流区处于明显的推流状态。良好的循环流态使焦化废水与滤料上的微生物充分接触，增大了容积负荷，将有机负荷与水力负荷分离。

实验中厌氧滤池的水力停留时间为38.0h，且池内微生物浓度高。如果将填料上的生物膜量以MLSS计，MLSS高达11.73mg/L。根据研究显示[2]，大多数生物转化是微生物浓度和接触时间的函数，难降解有机物的特点是生物降解非常缓慢。因此，接触时间长，微生物浓度高，可将原水中难生物降解的大分子有机物充分水解酸化为易生物降解的有机物，不仅提高了废水的可生物降解性，同时也为缺氧池的反硝化提供了碳源和能量，还去除了大量的COD。

由此之外，出水氨氮浓度高于进水氨氮浓度，厌氧滤池发生厌氧氨化反应，平均氨化率为25.2%。这是因为：大分子含氮有机物在厌氧水解还原条件下脱除氨基，从而使厌氧出水的氨氮浓度升高。有研究证实[3]，废水中部分有机氮可以在厌氧条件下转化为氨氮，使氨氮含量增加，效果良好的氨化反应有利于后续脱氮处理。伴随着进水氨氮浓度的增加，降低了氨化率。这是因为厌氧滤池中高浓度的氨氮增加了pH值和游离NH3的比例。游离NH3对微生物有毒害作用，抑制了微生物的活性，进而对氨化效果产生影响。

TN进水平均值477.0mg/L，厌氧出水372.3mg/L，经过厌氧滤池后，TN的平均去除率为22.4%。厌氧滤池对TN的去除率不高，TN的去除主要是微生物自身的同化作用。

2.2 抗冲击负荷和缓冲作用

蜂窝胞壁厌氧生物滤池中的蜂窝胞壁纤维滤料充分发挥了纤维滤料在生化处理中的优点，同时改善了水流流态，克服了现有纤维滤料存在的缺陷，通过与循环流的生化反应器结合，能使有机负荷与水力负荷分离，从而使污水处理全系统具有高容积效率和高负荷的特点，通过提高B/C比，改善出水COD，取得较普通厌氧滤池2～3倍的处理效率。具有气提升循环流的厌氧滤池与普通厌氧滤池相比有两个优点：循环流具有剧烈的纵向混合能力，具有很高的稀释倍数，高浓度的进水能够在池内迅速混合稀释，因此提高了对进水浓度的耐受力；由于反应条件和容积效率的提高，厌氧池出水COD浓度有大幅度的下降，起到了抗冲击负荷和缓冲作用，降低了出水有机物负荷，有利于后续处理。

COD进水负荷与去除负荷大致成一直线关系，当COD进水负荷高达3.0kg/（m3·d）时，去除负荷并未下降，表明蜂窝胞壁厌氧生物滤池可以在高负荷下运行，且在高负荷下更能显示其经济性。蜂窝胞壁厌氧生物滤池在应付冲击负荷方面表现出较强的承受力，这与其采用气提升所形成的良好混合流态有关，这种流态可使进水中高浓度的有机物得到很好的稀释。

2.3 调节pH值和毒性削减作用

蜂窝胞壁厌氧生物滤池内的微生物进行酸化作用，使池内的污水较焦化废水原水pH值下降了1个单位，起到了自动调节pH值的作用。

原水经过厌氧滤池后pH值平均下降了1个单位。这是因为：一方面，废水中的有机物在厌氧滤池内发生水解酸化形成酸，使pH值下降；另一方面，含氮有机物在厌氧滤池内发生厌氧氨化作用形成氨氮，使pH值略有上升。在水解酸化和氨化作用的共同影响下，废水的pH值呈现下降趋势。

蜂窝胞壁厌氧生物滤池对焦化废水的毒性削减作用表现在两个方面：水解酸化作用使含氮有机物得到降解和转化，而焦化废水的毒性与其有机氮的含量有一定关系，所以经过厌氧池后废水的毒性得到削减；附着生长系统对生物固体的保留能力可使得活性生物体在被冲出反应器之前已经得到驯化，这种特性使附着生长系统特别适合有毒的焦化废水处理。