有機廢水處理Fenton+SMBBR組合工藝

　　高級氧化技術(shù)作為深度處理工藝越來越被廣泛采用，現(xiàn)已成為處理難降解有機物的研究熱點。高級氧化技術(shù)是利用芬頓試劑在水中使Fe2+催化H2O2生成?OH自由基，由此獲得較強的氧化能力，可降解污水中的污染物。生成的Fe3+同時具有混凝的沉淀作用，可以去除有機物和磷酸鹽。此過程中Fenton具有強氧化和混凝兩種作用，同時不會造成二次污染。

　　特異性移動床生物膜反應器(SMBBR)是在傳統(tǒng)MBBR上改進的新型工藝，具有常規(guī)流化床和生物接觸氧化的優(yōu)點，依靠曝氣和水流的提升作用，使懸浮填料處于流化狀態(tài)。使生物膜充滿整個反應空間，填料與廢水接觸次數(shù)多且頻繁，反應時間長，能耗低。

　　安徽池州某化工廠要求進一步提高出水標準，實現(xiàn)企業(yè)零排放目標。本文對該公司污水站出水進行中試研究，采用芬頓+SMBBR+AMBBR+SMBBR工藝，探究工藝最佳處理參數(shù)，為該工藝的投產(chǎn)運行提供技術(shù)支持。

　　1、實驗部分

　　1.1 材料與儀器

　　SDC-03型填料(六棱柱狀多孔結(jié)構(gòu)，H=10mm，比表面積約585m2/m3，ρ=0.97g/cm3，比容為0.1cm3/g，一種可降解的塑料生物膜載體);進水水質(zhì)見表1。

　　1.2 實驗流程

　　中試設(shè)備主要由兩部分組成:一是芬頓反應設(shè)備，二是生化反應設(shè)備(即SMBBR)。設(shè)備均采用不銹鋼板制成，其中芬頓反應池有效容積0.432m3，SMBBR1有效容積0.208m3，AMBBR有效容積0.396m3，SMBBR2有效容積0.448m3。原水由污水站調(diào)節(jié)池經(jīng)提升泵進入芬頓反應器中，經(jīng)芬頓反應后上清液通過小型潛水泵打入SMBBR1中，然后從SMBBR1自流到AMBBR中。從AMBBR上端流入，經(jīng)過水解酸化后，從下端流入東流砂式沉淀池，然后從其上端通過進水孔三通流入SMBBR2底部，最后經(jīng)SMBBR2上端流入二沉池出水。出水經(jīng)二沉池，可以使出水SS較低，保證出水水質(zhì)。

　　1.3 分析方法

　　實驗采用國標方法對Fenton及SMBBR反應器的進、出水口處COD、NH3-N、TN等指標進行檢測。

　　2、結(jié)果與討論

　　2.1 芬頓小試

　　小試實驗中雙氧水的加藥量按與進水中COD的質(zhì)量濃度1∶1計算，F(xiàn)e2+的加藥量按與H2O2摩爾濃度1∶3的比例進行添加。H2O2的濃度為30%，F(xiàn)e2+試劑選用FeSO4?7H2O。分別取原水5份均為500mL，進行梯度實驗。將原水的pH調(diào)至3.5～4，加入芬頓試劑(先加FeSO4?7H2O，后加H2O2)，攪拌約40min，調(diào)節(jié)pH至8～9，加入絮凝劑。結(jié)果見表2。

　　由表2可知，雙氧水添加量加大，COD含量逐漸降低，氨氮含量逐漸升高，說明進水中含有部分有機氮。當雙氧水加藥量大于400mg/L時，氨氮含量上升趨勢不明顯，說明此時廢水中大部分有機氮氧化完成。故H2O2加藥量為400mg/L。

　　2.2 掛膜階段

　　該實驗在2017年7月啟動，在啟動階段(1～34d)，實驗進水流量為300mL/min，厭氧AMBBR的停留時間為1d，好氧SMBBR1的停留時間為0.5d，好氧SMBBR2的停留時間為1.5d;上清液回流比為1∶1;AMBBR反應器內(nèi)污泥濃度保持在3000～4000mg/L;溶解氧AMBBR反應器為0.2～0.5mg/L，SMBBR反應器為3～5mg/L;水溫為25～28℃。啟動過程中在AMBBR反應器中加入DNF409菌株，投加量50g/d。

　　連續(xù)進水9～11d后，觀察SMBBR反應器內(nèi)填料，發(fā)現(xiàn)其內(nèi)表面呈淺褐色斑點，20d后，填料內(nèi)表面生物膜厚度約為0.5～0.7mm，30d后填料內(nèi)生物膜厚度約為1.5～2mm。通過顯微鏡觀察，發(fā)現(xiàn)其內(nèi)表面附著較大的菌膠團，絲狀菌較多，同時觀察出現(xiàn)大量鐘蟲和輪蟲。AMBBR采用完全厭氧工藝進行掛膜，相對于好氧工藝而言，厭氧降解有機物過程中微生物細胞活性不足，微生物生長緩慢，難以附著在填料表面生長，導致掛膜時間相對較長。此時觀察AMBBR反應器內(nèi)填料，發(fā)現(xiàn)其內(nèi)表面只存在黃色斑點狀菌膠團，并未發(fā)現(xiàn)致密的生物膜。但AMBBR中MLSS較高，而且攪拌器和填料起到了均勻活化污泥的作用，使反應器內(nèi)污泥活性極強對污染物質(zhì)去除能力顯著。當出水中各污染物去除率顯著提高，水質(zhì)趨于穩(wěn)定時，表明掛膜完成，此時進入穩(wěn)定運行階段。

　　2.3 穩(wěn)定運行階段

　　2.3.1 Fenton+SMBBR組合工藝對COD的去除效果

　　Fenton+SMBBR對COD去除效果見圖2。

　　由圖2可知，控制HRT=5d情況下，穩(wěn)定運行期間Fenton+SMBBR工藝對COD的平均去除率為91.45%，出水COD濃度為22～120mg/L。20d后出水穩(wěn)定，期間平均濃度為28.35mg/L。隨著反應時間的增加，COD去除率逐漸升高，說明在生化反應器活內(nèi)性污泥流失的過程中，系統(tǒng)中微生物逐漸適應環(huán)境，隨著填料上生物膜厚度的逐漸增加，整個反應器的生物量和生物相也越來越多，出水COD逐漸降低，去除率達到峰值，并趨于穩(wěn)定。

　　2.3.2 Fenton+SMBBR組合工藝對NH3-N的去除效果

　　控制溫度25～28℃，溶解氧分別為AMBBR內(nèi)3～5mg/L和SMBBR內(nèi)0.2～0.5mg/L，F(xiàn)enton+SMBBR對NH3-N的去除效果見圖3。

　　由圖3可知，在HRT=5d時，NH3-N平均去除率為93.33%，出水NH3-N濃度為0.68～5.45mg/L，平均濃度為2.5mg/L。微生物的同化作用是去除反應器內(nèi)NH3-N的主要方法。組合工藝取得了較好的硝化效果，主要是因為廢水中的有機氮經(jīng)芬頓催化氧化后轉(zhuǎn)變成無機氮，廢水可生化性大大提高。同時，高親水性質(zhì)填料的加入，有利于增加反應器內(nèi)微生物的數(shù)量和富集脫氮細菌，其上成熟的生物膜富集了大量的硝化菌，其生物量可以高達活性污泥的5～20倍，保證出水NH3-N濃度的穩(wěn)定。

　　2.3.3 Fenton+SMBBR組合工藝對TN的去除效果

　　Fenton和SMBBR對TN去除效果見圖4。

　　由圖4可知，HRT=5d時，TN的平均去除率為86.85%，出水TN濃度在5～11.5mg/L。穩(wěn)定期間，平均濃度為7.74mg/L。隨著反應時間的增加，系統(tǒng)內(nèi)生物量及生物相開始增多，反應器內(nèi)溶解氧含量相對降低，O2不容易滲透到生物膜內(nèi)部，填料內(nèi)表面形成的兼氧環(huán)境反而適宜反硝化菌生存。生物膜上的反硝化菌與硝化菌之間的競爭作用加強，不利于硝化菌生長，TN的去除率以平穩(wěn)趨勢增長。

　　3、結(jié)論

　　(1)組合工藝對該有機廢水有很好的處理效果，H2O2添加量為400mg/L時，預處理效果相對最好。

　　(2)工藝穩(wěn)定運行后20d，SMBBR工藝中生物膜基本成熟。系統(tǒng)中微生物對廢水的適應能力加強，出水逐漸穩(wěn)定，各污染指標去除率明顯升高。

　　(3)經(jīng)芬頓反應預處理后，廢水生化性提高，在HRT=5d，25～28℃時，COD、NH3-N、TN的平均去除率分別為91.45%，93.33%和86.65%。均優(yōu)于一級A標準。

　　(4)芬頓+SMBBR組合工藝對有機廢水的處理效果及成本均優(yōu)于該廠現(xiàn)有工藝，可為以后的升級改造提供技術(shù)支持與指導。(來源：內(nèi)蒙古科技大學 能源與環(huán)境學院，中丹康靈( 北京) 生物技術(shù)有限公司)