印染废水具有颜色深, COD值高,组成复杂,分布面广等特点。目前,常用的处理方法有化学沉淀法、生物法和吸附法等。

移动床生物膜反应器[1](MBBR)是近年来颇受重视的一种新型高效生物膜废水处理装置。在反应器中投加比表面积大、密度略小于1的悬浮填料,微生物附着生长在填料表面形成生物膜,曝气后处于流化状态,从而实现对污染物的高效去除。另外,聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)在水处理方面有絮凝剂用量少、脱色效果显著等优点,在水处理领域应用广泛。因此,本试验尝试在MBBR中投加一定量的PDMDAAC,以期提高其对印染废水的吸附性能,取得较好效果。

1　试验

1.1　试验装置及流程

试验装置流程如图1所示。MBBR反应器采用有机玻璃加工而成,有效尺寸为30 cm×30 cm×40 cm有效容积为36 L。采用微孔曝气和连续进水方式。

1.2　填料

填料[2]为空心圆柱体,是MBBR的核心,也是生物膜的支撑和载体。MBBR所用填料为聚丙烯塑料,形似小圆柱体。圆柱体中心有十字支撑,外侧沿不同径向伸展许多尾翅。载体密度略低于水(0. 92 ～0.97 g/cm3),填料比表面积大,大多为200～500 m2/m3。填料表面易于生物膜的附着生长,巧妙的结构设计使其在使用时不结团、不堵塞,始终具有理想的孔隙率,并具有良好的通气、过水性能。

1.3　测定项目与方法

测定项目包括pH值、CODCr和氨氮等,均采用国家标准方法[3],色度用稀释倍数法(GB/T 11903—1989)。

试验废水取自本地某印染厂,水质情况见表1。

1.4　挂膜与启动

挂膜用的接种污泥取自辽宁省抚顺市三宝屯污水处理厂,污泥浓度为5 021 mg/L。试验发现,MBBR中的填料虽承受了一定的水流剪切力,但不会影响生物膜的附着生长。生物膜先在填料内表面生长,经过两周驯化后外表面开始有较明显的生物膜。处理效果稳定时,填料的内、外表面都会长满生物,镜检可观察到大量菌胶团和变形虫,再培养7 d,镜检有钟虫出现。生物膜呈深褐色,膜厚1～2 cm,标志着生物膜已挂膜成熟。当反应器出水的CODCr,NH3-N和色度去除率均趋于稳定时,可认为启动完成。

2·结果与讨论

待处理印染废水色度为237倍, CODCr浓度为462mg/L,考察影响废水CODCr和色度去除效果的因素。

2. 1　MBBR填料填充比例的影响

水力停留时间(HRT)取24 h,测定填料填充比例对色度和CODCr去除效果的影响[4],结果如图2所示。

由图2可知,当填料较少时,随着填料填充比例增加,色度和CODCr去除率呈上升趋势。当填充比为60%时,色度和CODCr去除率分别达到88%和86%;继续增加填料,去除率提高趋缓。原因是填料增加,可供微生物附着生长的表面积相应增加,反应器内的生物量增加,所以处理效果不断提高。当填充率为60%时,填料充满整个反应器空间,且流化状态较好。而当填充率大于60%时,反应器内填料流化状态变差,影响了微生物的正常生长和繁殖,造成去除率略有下降。因此,以下试验选取填料填充比例为60%。

2. 2　HRT的影响

改变水力停留时间(HRT),测量HRT对CODCr和色度去除效果的影响[5],结果如图3所示。

由图3可知,随着HRT的延长,CODCr和色度的去除率均大幅提高;当HRT超过24 h后, CODCr和色度去除率的提高放缓,增加不到2%。因此,以下试验取HRT为24 h。

2. 3　PDMDAAC投加量的影响

HRT为24 h,考察PDMDAAC投加量对印染废水色度和COD去除率的影响,结果见图4。

由图4可知,当混合液中PDMDAAC投加量小于0. 8 g/L,随着投加量增加,色度和CODCr去除率的提高相对较快;此后,色度和CODCr去除率曲线趋于平缓。因此,适宜的PDMDAAC投加量为0. 8 g/L。同时,由图4还能看出,MBBR中投加PDMDAAC后,色度的去除率由88%提高到97%,CODCr去除率由86%提高到92%,提高了印染废水的处理效果。

2. 4　MBBR对CODCr和色度的去除效果

HRT为24 h, PDMDAAC投加量为0. 8 g/L,考察MBBR对废水中CODCr和色度的去除效果[6],见图5。

由图5可知,使用MBBR后,当进水CODCr浓度由280 mg/L增加到600mg/L,CODCr的去除率可达92%以上,色度的去除率基本稳定在97%,出水色度低于20倍,说明MBBR具有很强的抗冲击负荷能力。其原因有二,一是反应器内的生物量很高;二是附着生长在填料上的生物膜随着微生物不断增殖而增厚,在受到冲击负荷时,外层老化的生物膜对内层的生物膜起到缓冲和保护作用,从而使其具有很强的抗冲击负荷能力。

2. 5　MBBR对NH3-N的去除效果

氮类污染物是引起水体富营养化的一个重要原因,因此越来越多的污水处理系统需要考虑脱氮问题。我国制定的《纺织染整工业水污染物排放标准》对NH3-N指标的一级排放浓度也做出了明确规定(低于15mg/L)。在HRT为24 h,PDMDAAC投加量0. 8 g/L的条件下,考察不同NH3-N进水浓度下MBBR对NH3-N的去除效果,结果如图6所示。

由图6可知,在系统稳定运行阶段,虽然进水NH3-N的浓度波动较大,但处理后出水的NH3-N浓度非常稳定。NH3-N的去除率达到90%以上,出水氨氮平均浓度低于15 mg/L的排放标准。。

3 结论

(1)投加PDMDAAC的移动床生物膜反应器对印染废水具有良好的处理效果。当HRT为24 h,进水CODCr在280～600 mg/L,填料填充比例为60% (体积比)时,色度、CODCr和NH3-N的平均去除率分别为97%、92%和90%。

(2)不同进水CODCr浓度和NH3-N浓度的印染废水经MBBR处理后,出水色度都低于20倍, CODCr和NH3-N的平均浓度分别低于50mg/L和15mg/L,达到了《纺织染整工业水污染物排放标准》(GB 4287—1992)的一级排放要求(出水色度为40倍, CODCr浓度为100 mg/L,NH3-N浓度为15 mg/L)。

(3)移动床生物膜污水处理是一种高效、经济的污水处理工艺,具有很强的抗冲击负荷特性。与其它工艺相比,MBBR具有挂膜容易、填料不易堵塞、水力停留时间短、不需污泥回流等特点,适合处理生活污水和工业有机废水等,应用前景广阔。