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提出以膜曝气生物反应器(MABR)与絮凝联合工艺处理合成橡胶废水。在MABR工段,膜内曝气压力为0.08MPa、料液循环流速为0.04m/s时,COD、NH4+-N、色度的去除率分别达到78.7%、97.8%、24.1%。在一定范围内,增加膜内曝气压力及提高料液流速有利于MABR性能的提高。在絮凝工段,通过添加复合絮凝剂能进一步将COD降至45mg/L、色度降至47倍。MABR-絮凝联合工艺是一种可高效处理合成橡胶废水的新型工艺技术。
合成橡胶废水成分非常复杂,且难以生化降解,具有含盐量高、色度高等特点。目前处理此类废水的方法有活性污泥法、电解絮凝法、水解酸化-好氧生物法、膜生物反应器法等,这些方法各有优缺点。近年来,因易于管理、占地面积小、氧气利用率高、具有传统生物法无法比拟的生物膜分层结构等特点,膜曝气生物膜反应器(MABR)处理高难降解废水被广泛研究。然而,关于MABR工艺处理合成橡胶废水却很少见诸报道。
MABR系统分为3个区:料液、生物膜、中空纤维膜。氧气穿透附着在中空纤维膜外表面的生物膜时会形成一个氧浓度梯度,从而使生物膜内同时存在好氧区和厌氧区,其中好氧区紧邻中空纤维膜,厌氧区紧邻料液。与传统生物膜反应器相比,MABR的主要优势之一是氧气透过膜壁后无气泡形成,有利于生物膜附着在膜外表面生长。此外,膜曝气可通过调节空气压力来改变氧的供给量,体现了MABR系统的可调控性。膜氧气分压被认为是影响MABR性能的重要参数之一。废水中的有机物必须透过扩散边界层从料液中进入生物膜被微生物降解。料液流速能影响生物膜与料液之间的传质扩散边界层厚度,同样是影响MABR性能的关键因素之一。
笔者采用MABR-絮凝联合工艺处理合成橡胶废水,考察了MABR工艺段中空纤维膜内空气压力和料液流速对MABR性能的影响,旨在开发一种能够高效处理合成橡胶废水的新型工艺技术。
1、试验部分
1.1试剂
磷酸二氢钾、硫酸钾、硫酸镁、碳酸钠、碳酸氢钠、硫酸铁、硫酸铜、硫酸锰、硫酸锌、聚合氯化铝和聚丙烯酰胺,均为分析纯,天津市江天化工技术有限公司。
1.2仪器
ET3150B多功能消解器、ET115M型COD测定仪,上海欧陆科仪有限公司;HI83200MultiparameterPhotometer,意大利哈纳仪器;METTLERFE20型pH计、METTLERJPSJ-608型溶解氧测定仪,梅特勒-托利多(上海)仪器有限公司;OTS全无油润滑空气压缩机,台州市奥突斯工贸有限公司;BT01-YZ2515磁力泵,天津市协达伟业电子有限公司;ZR4-6混凝试验搅拌机,深圳市中润水工业技术发展有限公司。
1.3膜与膜组件
膜组件采用疏水性较好的复合中空纤维膜(天津海之凰科技有限公司)。中空纤维膜外径为0.6mm,内径为0.45mm。将中空纤维膜环绕在亚克力材质的圆柱体实心柱上,放入透明的亚克力材质外壳内,使中空纤维膜充分分散在实心柱与外壳之间的环形通道内。其规格如表1所示。
表1柱式中空纤维膜组件规格
1.4培养液组分
微生物在中空纤维膜表面生长和繁殖需要大量有机和无机养料,在生物膜形成和生长的不同阶段,有机养料可由ADB350M菌种激活液和橡胶废水提供,而无机养料则需要人为加入。为了给MABR的微生物提供全面的营养,供其快速生长繁殖形成生物膜,配制了适合该菌群的营养液,其组分如表2所示。
表2微生物营养液组分Table2Airresourcelevelsclassification
1.5生物膜与生物膜驯化
取100g工程复合菌群ADB350M菌种(加拿大AdvanceBiotechnologiesCompany)置于烧杯中,加入2.5L去离子水,通过增氧泵鼓泡曝气来激活菌种,使其在短时间内迅速生长繁殖。3d后烧杯中出现大量絮状菌体,ADB350M菌种激活过程完成。
取1.2L已激活菌种液体加入MABR系统中,循环至中空纤维膜外表面附着生长一层完整的生物膜。随后用合成橡胶废水逐渐置换反应器内的营养液,并完成驯化过程,生物膜由开始的棕黄色逐渐变为深黄色,最终颜色逐渐加深至黄褐色,此时生物膜已能适应废水环境。考虑到ADB350M菌种含有大量的好氧细菌,将中空纤维膜内空气压力调至0.25MPa(较高的曝气压力有利于菌种趋向中空纤维膜外表面并在其上附着生长繁殖),同时为避免过高的料液流速对中空纤维膜外表面的细菌产生过大的剪切作用导致细菌脱落,控制循环泵的转速来控制料液流速为0.008m/s。
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