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1、1SMSBR 去除焦化废水中有机物及氮的特 性摘要：选用一体化膜序批式生物反应器(Submerged Membrane Sequencing Batch Reactor，简称 SMSBR)处理焦化废水，考察了能否通过膜分离的强化作用提高生物处理系统对焦化废水的处理效果，使出水 COD 达到新的排放标准(100 mg/L)，并提高脱氮效率。研究结果表明：在 HRT 为 32.7 h，平均 COD 容积负荷为0.45kg/(m3d)的条件下，出水 COD 可以稳定在 100 mg/L 以下(平均为 86.4 mg/L)；要使 COD 达到新的排放标准，进水 COD 容积负荷应低于 0.67kg/(
2、m3d)(该负荷下出水 COD 在 100 mg/L 上下波动，平均为 106.3 mg/L)；好氧段存在明显的反硝化现象，使 COD 的去除得到强化；在保证系统温度、碱度、溶解氧和不受进水COD 负荷冲击的情况下，出水 NH3-N 可低于 1 mg/L，但泥龄太长所产生的微生物代谢产物抑制了硝化反应过程中的硝酸盐细菌，使好氧段出水 NO2-N/NOx-N平均为 91.1%，因此系统获得极其稳定高效的短程硝化作用，有利于进一步脱氮；按“缺氧 1好氧缺氧 2”方式运行时，若“缺氧 2”的 HRT8.44 h，可实现 81.34%的反硝化率(外加碳源：COD/N 为 2.1 g/g)，平均 TN
3、去除率为 87.2%，最高达90.2%。 关键词：SMSBR 焦化废水 有机物 脱氮 Characteristics of Submerged SMSBR in Removal of Organic Matters and Nitrogen from Coke Plant Wastewater Abstract：A SMSBR was used for treating coke plant wastewater and enhanced effects of membrane separation on the treatment efficiencies were investigated
4、.The purpose of the study was to make effluent COD meet the new discharge standard(100mg/L),and increase the removal efficiency of nitrogen.The result shows that effluent COD is 2steadily below 100 mg/L (86.4 mg/L on the average) at the HRT of 32.7 h and the COD volume loading rate of 0.45kg/(m3d).T
5、o reach the new effluent discharge standard,COD volume loading rate should be lower than 0.67kg/(m3d).In this condition effluent COD fluctuates around 100 mg/L (106.3 mg/L on the average).The COD removal is enhanced by denitrification appearing in the aerobic stage.The effluentNH3-N is lower than 1
6、mg/L when temperature, alkalinity,and dissolved oxygen in the system are under control and there is no COD shock-load.NO2-N/NO3- N in the effluent from the aerobic stage is 91.1% on the average because nitrifers in nitrification process are inhibited by the metabolic products of microorganisms due t
7、o long sludge age. This shows that short-cut nitrification/denitrification is obtained with high efficiency and stability in the system, and is benefit for further removal of nitrogen.SMSBR system operates in anoxic-aerobic-anoxic mode,HRT of the second anoxic stage is longer than 8.44 h and carbon
8、source is added (COD/N=2.1),the average removal efficiency of total nitrogen can reach 87.2% (90.2% as the maximum) and efficiency of denitrification can reach 81.34%。 Keywords:SMSBR;coke plant wastewater;organic matter;nitrogen removal膜生物反应器(Membrane Bioreactor，简称 MBR)是通过膜分离来强化生物处理系统的一种组合工艺，而传统的生物处
9、理工艺则对有毒或难降解有机废水的处理存在一定的局限性，因此能否通过膜分离的强化作用提高生物处理系统对这些废水的处理效果是一个值得研究的课题。之所以选用一体化膜序批式生物反应器(简称 SMSBR)来处理焦化废水，是因为：焦化废水是一种典型的有毒难降解有机废水，虽适于用生物处理系统，但传统的 A/O 或 A2/O 工艺的处理效果还不理想，出水 COD 难以达到新的排放标准(100 mg/L)，另外脱氮效率也难以提高，这正适合于考察膜分离的强化作用；结合焦化废水的特点，选择序批式生物反应器可以一池实现硝化和反硝化的作用，运行简单，易于自动控制；膜与序批式生物反应器组合形成的 SMSBR 工艺是运行能
10、耗低的一种膜生物反应器，且膜分离过程不会影响微生物的活性1、2。1 试验概况工艺流程如图 1 所示，试验运行分两个阶段，其概况及运行周期设置分别如表 1、2 和表 3 所示。试验第一阶段按照“缺氧好氧”方式运行，是针对有机物的3去除而设计的，考察了两种有机负荷(工况 1 和工况 2)下的运行情况；第二阶段按照“缺氧 1好氧缺氧 2”方式运行，是针对脱氮设计的，并考察了两种 HRT(分别为工况 3 和工况 4)下的运行情况。整个试验过程保持 SRT 为 600 d，目的是考察在如此长的泥龄下反应器是否能保持较好的处理效果。在每个周期进行膜排水时都对反应器继续曝气，目的是减缓膜过滤阻力的急剧升高。
11、好氧过程中投加NaHCO3 碱液以补充碱度，在“缺氧 2”过程中补充碳源(甲醇)以实现反硝化。试验用水取自某焦化厂调节池的出水。试验接种污泥取自宝钢焦化厂 A/O 处理工艺中好氧回流污泥，初始浓度为 3 338 mg/L，并先按 SBR 工艺(HRT=48 h，运行周期各段设置为：进水搅拌=6 h，曝气反应=16 h，沉淀=1 h，排水=0.5 h，闲置=0.5 h)驯化一个月，然后按照 SMSBR 工艺的运行方式启动运行。表 1 运行概况项目第一阶段试验第二阶段试验工况 1工况 2工况 34工况 4运行方式缺氧好氧缺氧 1好氧缺氧 2运行天数(d)260503025平均容积负荷kgCOD/(
12、m3d)0.450.670.830.56平均进水 COD 浓度(mg/L)615.5906.31127.410565HRT(h)32.732.732.74545SRT(d)600表 2 第一阶段运行周期设置进水(水解酸化、反硝化)反应(硝化)排水闲置运行周期搅拌曝气6h615h2h1h24 h表 3 第二阶段运行周期设置进水(水解酸化)反应排水运行周期好氧(硝化)缺氧(反硝化)搅拌曝气搅拌曝气3.5(3)h715h3.5(4.5)h2(1.5)h24 h注括号内的数值为工况 4 的时间。试验用膜为 PVDF 中空纤维膜，孔径为 0.15 m，膜面积为 0.22m2。为减少膜污染，采用了间歇式排
13、水方式，即抽吸 10 min，停 5 min。为使 SMSBR 工艺的可行性研究具有普遍性，试验过程中未对温度加以控制。2 试验结果与分析2.1 试验过程中温度和污泥浓度的变化SMSBR 工艺从 1999 年 9 月 27 日运行至 2000 年 9 月 10 日。温度变化及对处理效果的影响见表 4。表 4 温度变化及对处理效果的影响日期范围9 月 27 日10 月 30 日10 月 31 日2 月 1 日2 月 2 日2 月 25 日2 月 26 日4 月 24 日84 月 25 日4 月 28 日4 月 29 日5 月 14 日5 月 15 日5 月 22 日温度()2020339922.
14、222.222.422.423.923.926.1COD 的去除效果好变差到稳定到进一步变差开始好转稳定硝化效果好变差至停止9启动至稳定冬季运行效果虽差，但对工艺的长期运行来讲是一次考验，通过以下分析证明，系统经此恶劣的过程仍能完全恢复处理效果，充分显示了工艺的适应性。系统运行中混合液悬浮固体(MLSS)由接种时的 3 338 mg/L 持续增至 6 128 mg/L(第 76 d)，以后受气温的影响开始下降，于第 168 d(3 月 12 日)降至 5 036 mg/L 的低点，此后又随着气温的回升而增高，最终在容积负荷 0.45 kgCOD/(m3d)下稳定在 6 000 mg/L 左右。
15、当平均容积负荷增至 0.67 kgCOD/(m3d)时，MLSS 也增至 6820 mg/L(沉降性开始变差)，当平均容积负荷进一步增至 0.83 kgCOD/(m3d)后，MLSS 增至 7 420 mg/L。当平均容积负荷又降至 0.53 kgCOD/(m3d)后，MLSS又下降至 6 000 mg/L 左右。混合液挥发性悬浮固体(MLVSS)的变化与 MLSS 的变化规律相似。由于 SRT 很长，所以污泥浓度主要与进水负荷有关，VSS/SS 所反映的比活性较高，平均为 0.832。2.2 系统对有机物的去除效果试验第一阶段着重考察对 COD 的去除情况，进、出水 COD 变化分别如图 2
16、所示。由图 2 可见，系统于 1999 年 9 月 27 日按工况 1 启动之后，出水 COD 浓度迅速降至 100 mg/L 以下并趋于稳定(平均 87.4 mg/L)。10 月 30 日11 月 7 日由于反应温度突降(20以下)，系统受到冲击，出水 COD 逐渐升高，此后又开始回落，并于 11 月 12 日(反应温度为 18.5 )至 1 月 14 日(反应温度为 10 )间，COD 值再次趋于稳定(平均 128.3 mg/L)。当反应温度进一步降至 10 以下时(最低 3 )，出水 COD 也进一步变差(最高 424.3 mg/L)。从 2000 年 2 月 25 日起，随着反应温度的升高，出水 COD 开始下降，并于 4 月 24 日5 月 14 日达到相对稳定(平均10135 mg/L)。从 5 月 15 日起，由于硝化反应明显好转，NO2-N 浓度开始迅速升高，而扣除 NO2-N 的出水 COD 值也开始突降，并于 5 月 22 日
