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该多级生物膜反应器中微观厌氧区的存在并不影响好氧区NH +4 -N 及COD 的高效去除,去除效果较为稳定;但另一方面,微观厌氧区是一种局部厌氧状态,NH +4 -N 在好氧区被氧化后形成的部分NO -3 -N 因缺少厌氧环境而未进行充分的反硝化作用,导致出水TN 难以达到《石油化学工业污染物排放标准》( GB31571-2015)要求,为此,适当增加独立的厌氧区可进一步优化TN 去除效果。
与常规生物膜法相比,多级生物膜反应器通过载体表面的吸附作用去除SS,被吸附的SS 可随老化的生物膜一起脱落并沉降至污泥斗,最终通过排泥管排出反应器。反应器对SS 的去除效果优于生物接触氧化池,动力消耗低且无需反冲洗,在运行管理上优于曝气生物滤池。
2. 3 HRT 对处理效果的影响
在进水ρ ( NH +4 -N) = 275 ~ 320 mg ˙ L - 1 、ρ(COD) = 944 ~ 1 391 mg˙L - 1 的条件下,HRT 变化对处理效果的影响如图5 所示。
延长HRT 可在一定程度上提高NH +4 -N 去除效果,但HRT 过长又会影响到反应器的脱氮效率。在HRT 由35. 1 h 延长到44. 5 h 的过程中,NH +4 -N 去除效果逐步提高,NH +4 -N 去除率由最初的94. 7% 提高到99. 7% ;而在HRT 由44. 5 h 延长到55. 6 h 的过程中,NH +4 -N 的去除效果变化较小,出水ρ(NH +4 -N) < 1 mg˙L - 1 。
废水中含有苯酚等难降解有机物,延长HRT 可进一步提高难降解有机物的去除,最终达到深度去除COD 的目的。在HRT 由33. 3 h 延长到51. 3 h 的过程中,COD 去除效果逐步提高,COD 去除率由最初的93. 7% 提高到98. 1% ,出水ρ(COD) 由61. 7 mg˙L - 1 降低到19. 3 mg˙L - 1 。在HRT 由51. 3 h 延长到55. 6 h 的过程中,出水ρ(COD)由19. 3 mg˙L - 1 降低到18. 3 mg˙L - 1 ,由于进水COD 浓度下降,COD 去除率未出现明显变化。
在HRT≥39. 2 h 的情况下,多级生物膜反应器出水ρ (NH +4 -N) ≤6. 13 mg˙L - 1 、出水ρ (COD) ≤42. 5 mg˙L - 1 ,可达到《石油化学工业污染物排放标准》(GB 31571-2015) 水污染物排放限值要求。在47. 6 h≤HRT≤55. 6 h 范围内,NH +4 -N 及COD 去除效果基本不受HRT 变化的影响。而采用SBR、A/ O 等常规工艺处理同样水质的煤气化废水,HRT 一般要大于80 h 才能达到《石油化学工业污染物排放标准》(GB 31571-2015)的要求。多级生物膜反应器通过生物固定化技术的应用提高了有效生物量,通过载体的微观厌氧区进行反硝化从而避免了单独设置厌氧反应器或厌氧时段,所以采用多级生物膜反应器处理煤气化废水,可大幅缩短HRT,从而在减少反应器容积的同时减小工程建设规模。
2. 4 进水负荷对处理效果的影响
受煤气化生产线不稳定因素的影响,生物处理单元进水水质波动较大,这就要求反应器对进水负荷变化具备一定的缓冲能力,因而需要考察进水负荷对反应器处理效果的影响。在HRT = 55. 6 h,进水ρ(COD) = 983 ~ 1 347 mg˙L - 1 的条件下,进水NH +4 -N 负荷对NH +4 -N 去除效果的影响如图6 所示。
多级生物膜反应器对进水NH +4 -N 负荷变化具备一定的缓冲能力, 当进水NH +4 -N 负荷≤0. 158kg˙(m3 ˙d) - 1 ,反应器去除NH +4 -N 的稳定性较好,达到了深度脱氮的效果,出水ρ (NH +4 -N) = 0. 61 ~0. 97 mg˙ L - 1 , 去除率为99. 7% ~ 99. 8% 。进水NH +4 -N 负荷> 0. 158 kg ˙ ( m3 ˙ d) - 1 之后, 进水NH +4 -N 负荷的提高对NH +4 -N 去除的稳定性具有显著影响,出水ρ(NH +4 -N)随进水负荷的提高而增大,NH +4 -N 去除率下降。在进水NH +4 -N 负荷≤0. 203kg˙(m3 ˙d) - 1 的情况下,出水ρ ( NH +4 -N) ≤5. 15mg˙L - 1 ,可达到《石油化学工业污染物排放标准》(GB 31571-2015) 水污染物排放限值要求,当进水NH +4 -N 负荷= 0. 248 kg˙(m3 ˙d) - 1 ,出水ρ(NH +4 -N) = 18. 9 mg˙L - 1 ,NH +4 -N 去除率降至96. 7% 。
在HRT = 55. 6 h, 进水ρ ( NH +4 -N) = 273 ~313 mg˙L -1 的条件下,进水COD 负荷对COD 去除效果的影响如图7 所示。随着进水COD 负荷的提高,出水ρ ( COD) 逐渐增大, 在进水COD 负荷≤1. 357 kg˙(m3 ˙d) - 1 的情况下,出水ρ(COD)≤54. 2 mg˙L - 1 ,可达到《石油化学工业污染物排放标准》(GB 31571-2015)水污染物排放限值要求。COD 去除率在进水COD 负荷≥1. 198 kg˙(m3 ˙d) - 1 后呈持续下降趋势,当进水COD 负荷= 1. 703 kg˙(m3 ˙d) - 1 ,COD 去除率降至97. 3% 。具体参见污水宝商城资料或http://www.dowater.com更多相关技术文档。
3结论
1)采用4 级生物膜反应器串联处理煤气化废水,在16 d 的培养时间内快速完成了微生物的驯化及固定化,对NH +4 -N、COD 及TN 的去除率分别达到99. 8% 、97. 8% 和62. 7% 。
2)在HRT = 55. 6 h 的条件下连续运行21 d,反应器各单元均能实现对NH +4 -N、COD、TN 及SS 的同步去除,反应器出水NH +4 -N、COD、TN 及SS 的质量浓度分别为0. 23 ~ 1. 37、16. 3 ~ 26. 1、91. 6 ~ 139、12. 3 ~18. 5 mg˙L - 1 ,平均去除率分别为99. 8% 、98. 1% 、65. 8% 和88. 2% ,SND 率达到70. 1% 。
3)在HRT≥39. 2 h 的情况下,多级生物膜反应器出水ρ(NH +4 -N)≤6. 13 mg˙L - 1 、出水ρ(COD)≤42. 5 mg˙L - 1 ,可达到《石油化学工业污染物排放标准》(GB 31571-2015) 水污染物排放限值要求,在47. 6 h≤HRT≤55. 6 h 范围内,NH +4 -N 及COD 去除效果基本不受HRT 变化的影响。
4)多级生物膜反应器对进水负荷变化具备一定的缓冲能力,在进水NH +4 -N 负荷≤0. 203 kg˙(m3 ˙d) - 1 、进水COD 负荷≤1. 357 kg˙(m3 ˙d) - 1 的情况下,出水ρ(NH +4 -N)和ρ(COD)可达到《石油化学工业污染物排放标准》(GB 31571-2015)水污染物排放限值要求。
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