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1.2 中试装置及流程
中试装置处理规模为10m3/h,24h连续运行,采用“水解酸化-好氧-接触氧化”工艺,中试系统由调节池、水解酸化池、好氧池、接触氧化池及出水收集池组成。调节池主要用于进水冷却、pH调节、N/P营养液投加等,保障高盐生化进水水质的相对稳定;高盐生化段根据功能设置要求及具体水质特征,投加相应的耐盐微生物菌剂予以强化;接触氧化段投加生物填料,填充率60%,进行高盐生物膜培养,具体工艺流程见图1所示:
图1 中试工艺流程图
1.3接种菌剂
接种菌剂为利用环氧丙烷废水定向培养、筛选及驯化所制备的耐盐微生物菌剂。
1.4 试验方法
中试试验分两个阶段启动,逐步实现串联连续及稳定运行。
第一阶段为高盐生化工艺的快速启动:高盐生化启动初期,分别向水解酸化池、好氧池、接触氧化池投加耐盐微生物菌剂,各工段单独、同步运行,分别进行微生物活性恢复及生物填料初步挂膜,并逐步将各工段串联,连续进出水,完成负荷提升、活性污泥驯化与生物膜稳定、成熟。
第二阶段为两工段串联连续及稳定运行,技术指标逐步达到满负荷设计要求,优化过程控制参数,并考察整体工艺运行的稳定性及处理效果。
1.5 分析项目及方法
废水主要分析项目及方法如下,TOC:燃烧氧化-非分散红外吸收法(岛津TOC仪);COD:氯气校正法、低浓度重铬酸钾法;NH3-N:纳氏试剂分光光度法;TP:钼锑抗分光光度法;Cl-:硝酸银滴定法;总盐:重量法;DO、pH及水温采用便携式仪器测定。其中,对于高氯低COD废水的测定应注意消除高Cl-的影响,采用低浓度重铬酸钾进行氧化,并同步测定TOC进行校准。
2 结果与讨论
2.1高盐生化系统启动情况
生化各工段通过投加耐盐微生物菌剂及工艺参数控制,能够顺利实现盐度4%~6%条件下水解酸化池、好氧池及接触氧化池的污泥驯化及挂膜启动;启动期间,进水负荷保持不变,每天测定进出水COD并结合肉眼观察、生物相镜检考察污泥性状及填料的挂膜情况。各工段启动期COD去除情况见图2所示:
图2 各工段启动期COD去除情况
结果显示,随着试验周期的延长,各工段出水逐渐变清,COD去除率整体呈现不同程度的递增,3d内水解酸化池及好氧池活性污泥絮体增大、沉降性能改善、泥水界面清晰,接触氧化段悬浮微生物基本完全附着于生物填料,开始附着生长,但此时并不牢固,需进一步生长与驯化。由图2可知,不同工段COD去除率启动前期相对平稳,水解酸化池、好氧池、接触氧化池启动前10天、4天、4天,COD去除率基本稳定在10%、36%、23%左右,随后COD处理水平逐步提升,污泥絮体及沉降性能进一步改善,生物膜逐步成型并增厚;结合生物相镜检可知,各工段高盐微生物成熟期分别为18天、8天、10天,此时活性污泥及生物膜菌胶团致密、尺寸大、絮体交错相生;整个高盐生化系统20d内顺利完成启动,处理能力稳步提升。
2.2 各工段COD去除效果分析
废水经调节池均质均量、预调节后,连续泵入高盐生化系统,并结合处理效果、污泥性状等进行负荷提升直至满负荷稳定运行;鉴于接触氧化池出水具有高氯低COD特征,为消除氯离子对COD测定的干扰,采用低浓度重铬酸钾法、氯气校正法比对测定,并同步测定TOC,以确保出水数据的准确性,各工段COD去除情况及接触氧化池出水COD、TOC比对情况见图3、图4所示:
图3 高盐生化各工段COD去除情况
图4接触氧化池出水COD、TOC比对情况
由图3、图4可知,接触氧化出水COD与TOC变化趋势一致,比例系数约为2.5(COD≈TOC×2.5);随着进水COD及负荷提升,高盐生化系统一直保持相当稳定的运行状态,COD去除水平逐步提升。系统运行前30d,为污泥活性恢复、初步驯化及填料挂膜生长阶段,进水COD自632mg/L增至1028mg/L,水解酸化、好氧及接触氧化池COD去除率分别由10.28%、37.21%、23.88mg/L逐步提高至29.67%、85.75%、52.43%,出水COD 47~49mg/L且清澈透明(SS<20mg/L),活性污泥驯化及生物膜成熟;系统自30d运行至60d,进一步提高进水负荷,进水COD浓度自1028mg/L增至1400mg/L,水解酸化池COD去除率基本稳定在30%左右,好氧池及接触氧化池COD去除率进一步提升至88.51%、57.66%,系统达满负荷运行,出水COD 43~47mg/L;随后满负荷运行30d,系统一直保持稳定,在进水COD 1200~1400mg/L、盐度4%~6% 、Cl- 20000~30000mg/L条件下,出水COD稳定<50mg/L(TOC<20mg/L),达到企业提标排放要求,同时处理负荷提高3.3倍且运行稳定,由现有污水站的0.09kgCOD/(kgMLVSS.d)提高至0.30kgCOD/(kgMLVSS.d)。
2.3系统抗冲击性及稳定性考察
高盐生化系统满负荷稳定运行30d后,考察盐度及负荷波动对系统COD处理效果及运行稳定性的影响,连续考察20d。具体情况见图5、图6所示:
图5盐度冲击对系统运行的影响
图6 负荷冲击对系统运行的影响
由图5可知,通过外加CaCl2,进水盐度由5.0%左右骤然提升至6.0%左右,连续冲击3d,COD整体去除率基本不受影响;盐度继续提高至7.0%左右,连续冲击4d,出水COD稍微有所上升,COD去除率下降1%,随后正常进水,3d内微生物处理能力即可完全恢复,出水水质达标且稳定运行。由图6可知,通过提高进水流量,进水负荷由0.29kgCOD/(MLVSS.d)左右骤然提升至0.44kg COD/(MLVSS.d)左右,连续冲击4d,COD整体去处理率下降1.8%;进水负荷继续提升至0.58 COD/(MLVSS.d)左右,连续冲击3d,COD整体去处理率下降3.8%,此时出水略微变浑浊;随后正常进水,7d内微生物处理能力即可完全恢复,出水变清、水质达标且稳定运行。
2.4活性污泥沉降性能及无机化程度分析
中试期间,对好氧池活性污泥沉降性能(SVI)及无机化程度(MLVSS/MLSS)进行考察,每3d取样一次,并与现有污水站好氧池污泥进行比较,具体情况见图7所示:
图7 活性污泥沉降性能及无机化程度比对结果
由图7可知,整个中试运行期间,中试好氧池活性污泥沉降性能逐渐变好,SVI、MLVSS/MLSS由最初的95mL/g、0.71左右最终稳定于85mL/g、0.65左右,污泥有效成分高、沉降性佳,并未呈现无机化现象;污水站好氧池活性污泥SVI一直稳定在18mL/g左右且MLVSS/MLSS<0.2,无机化相当严重,污泥比重大,由此大大增加了曝气能耗。
2.5讨论
通过“菌剂+工艺”的双重强化,大大提高了环氧丙烷废水处理能力,强化了高盐生化处理效果,处理负荷较原有系统提高了3.3倍且运行稳定,出水水质完全满足企业提标要求;此外,整个系统抗盐度波动及负荷冲击能力强且恢复周期短。
中试采用“水解酸化-好氧-接触氧化” 工艺,相较原有污水站全流程好氧工艺,处理效能提高且大大降低了曝气能耗,通过菌剂优化及工艺参数的控制,使得活性污泥有效成分含量高、沉降性能佳,避免了环氧丙烷废水生化处理污泥无机化严重问题。
3 结论
(1)通过“菌剂+工艺”的双重强化,能够顺利实现4%~6%盐度下环氧丙烷废水高盐生化系统的稳定启动,同时强化高盐微生物处理能力;活性污泥及生物膜菌胶团致密、尺寸大、絮体交错相生;中试运行期间,活性污泥性状逐渐改善,好氧池活性污泥SVI、MLVSS/MLSS最终稳定于85mL/g、0.65左右,污泥有效成分高、沉降性佳,并未呈现无机化现象,解决了污水站现有活性污泥无机化严重、比重过大等问题。
(2)中试结果显示:在进水COD 1200~1400mg/L、盐度4%~6% 、Cl- 20000~30000mg/L条件下,出水COD稳定<50mg/L(TOC<20mg/L),达到企业提标排放要求,同时处理负荷提高3.3倍且运行稳定,由现有污水站的0.09kgCOD/(kgMLVSS.d)提高至0.30kgCOD/(kgMLVSS.d);系统满负荷运行30d,各工段及出水品质一直保持稳定,水解酸化池、好氧池及接触氧化池各段COD平均去除率分别为29.86%、87.15%、62.17%,最终出水COD 43~49mg/L;稳定运行期间,系统能够抵抗1~2%盐度范围的骤变冲击以及0.5~1倍的进水负荷骤变冲击,连续冲击7天,恢复期分别为3天、7天,相比原有处理系统而言,抗盐度范围波动及负荷冲击能力更强,稳定性更佳。
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