膜法SBR工艺处理皮革废水研究.docx
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膜法SBR工艺处理皮革废水研究
膜法SBR工艺处理皮革废水研究
SBR法是一种间歇运行的废水处理工艺，兼均化、初沉、生物降解、终沉等功能于一池，无污泥回流系统。
运行时，废水分批进入池中，在活性污泥的作用下得到降解净化。
沉降后，净化水排出池外。
根据SBR的运行功能，可把整个运行过程分为进水期、反应期、沉降期、排水期和闲置期，各个运行期在时间上是按序排列的，称为一个运行周期。
在一个运行周期中，各个阶段的运行时间、反应器内混合液体积的变化以及运行状态等都可以根据具体废水性质、出水质量与运行功能要求等灵活掌握，如在进水阶段，可按只进水不曝气的限制曝气方式运行，也可按边进水边曝气的非限制性曝气方式运行；在反应阶段，可以始终曝气，为了生物脱氮也可曝气后搅拌，或者曝气搅拌交替进行；其剩余污泥量可以在闲置阶段排放，也可在排水阶段或反应阶段后期排放。
可见，对于某单一SBR来说，不存在空间上控制的障碍，只要在时间上进行有效地控制与变换，即能达到多种功能的要求，非常灵活。
SBR具有工艺简单、经济、去除有机物速率高、静止沉淀效率高、耐冲击负荷、占地面积少、运行方式灵活和不易发生污泥膨胀等特点，是处理中、小水量废水，特别是间歇排放废水的理想工艺。
1试验部分
1.1废水的来源和特征
制革废水来源于海宁富邦皮革有限公司制革车间排放的废水，取自调节池。
废水中主要含有可溶性蛋白质、皮屑、无机盐类、油类、表面活性剂、助剂及各种染料、树脂等。
该废水的COD为1500～2400mg/L,BOD5/CODCr为0.30～0.50左右，偏酸性，色度较高。
1.2试验装置
①反应器：
18cm×12cm×60cm的有机玻璃槽2只，有效体积10L。
一只挂填料（BSBR），一只无填料。
②填料：
采用YDT弹性立体填料，上下固定，填料层高度50cm。
③曝气装置：
采用砂头曝气，Z-0.036空气压缩机，转子流量计控制空气流量。
1.3生物膜法和污泥驯化
取富邦公司氧化沟内活性污泥，沉降后弃去上清液，以沉淀污泥作为菌种，加入一定量皮革废水和生活废水。
为了满足微生物生长的需要，以5∶1的氮磷比投加氯化铵和磷酸二氢钾。
以小气量曝气1d，停止曝气，澄清，弃上清液，补充培养液继续曝气。
以后逐渐加大皮革废水的加入量。
一周后，填料上有稀薄的菌胶团和大量的游离细菌，但结合比较疏松；无填料的池内污泥颜色显黄褐色，污泥浓度增加，絮凝状态良好，沉降速率大。
之后，正常进水，即每日弃去5L上清液，加入5L原水进一步培养驯化。
2周后，出水清澈，BSBR出水COD为425mg/L,SBR出水COD为608mg/L，COD去除率＞70％，这表明驯化成功，即投入正常运行。
2运行结果
SBR运行周期中沉淀、排水、排泥时间一般都变化不大，因此，试验中取曝气时间为运行参数。
正常运行条件下达到稳定时试验结果如表1。
表1BSBR运行结果
运行周期曝气时间（h）
进水COD（mg/L）
出水COD（mg/L）
COD去除率（%）
BSBR
SBR
BSBR
SBR
6
（2）
2000
361
678
81.9
66.1
7（3）
1940
300
595
84.5
70.3
9（5）
1950
249
460
87.2
76.5
12（8）
1010
236
400
88.3
80
24（12）
1980
200
344
90.1
83.6
3.1填料的选择
软性填料虽然比较经济，但挂膜慢，运行一段时间后很容易结成球团，使球心深度厌氧，处理效果随之下降。
选用高强、轻质、比表面积大、空隙率亦大的YDT型弹性立体填料，具有挂膜快、膜更新速率高、充氧转换率高等优点。
3.2曝气方式的选择
SBR法可分为限制曝气、非限制曝气和半限制曝气三种。
限制曝气是在废水进曝气池时只作混合而在进水完毕后曝气；非限制曝气是在废水进水同时开始曝气；半限制曝气是在废水进水的中期开始曝气。
采用限制曝气运行方式时，进水阶段的厌氧状态有利于难降解有机物的分解，无氧或低氧状态促进了世代时间短、生长繁殖快的酸化细菌的大量增殖，对提高系统的有机物降解能力起了决定性作用。
皮革废水的成分复杂，含有多种难降解有机物，按照传统的生物处理方法出水COD只能达到600mg/L左右，因此在这里采用完全限制曝气运行方式。
3.3pH的影响
皮革废水pH值变化很大，常为10～12。
试验证明，BSBR法能处理pH值较高的皮革废水，出水pH能符合排放的要求。
表2 PH影响
进水
出水
COD去除率（%）
PH
COD（mg/L）
PH
COD（mg/L）
12.32
2000
7.84
361
81.9
12.34
1940
7.35
300
84.5
11.57
1950
8.09
249
87.2
11.45
2010
7.58
236
88.3
11.65
1980
8.14
200
90.1
由表2可见，在进水pH值介于11.45～12.34条件下，通过BSBR法处理后，出水pH值可降为7.35～8.14，而且COD的去除率均＞80％，因此可认为pH不影响处理效果。
3.4曝气时间的影响
反应前反应器中底物浓度大，梯度大，因此氧利用率高。
反应阶段的前段时间COD去除快。
从图1可见，前段曲线坡度大，但到某一时刻起曲线变得平缓，去除率增加缓慢，考虑到能耗的因素，曝气时间取5h比较适宜。
3.5运行周期
工业废水运行周期一般8～12h，此时处理水COD值稳定在200mg/L左右。
运行周期可根据原废水性质和出水值要求灵活确定。
3.6BSBR与SBR比较
试验数据可知，膜法SBR处理效果好于普通SBR法。
这是因为BSBR法结合了生物接触氧化法和SBR法的优点：
①生物膜法附着在固体填料表面，微生物沿固体表面生长，即使增殖速度较慢的微生物也能在此生息。
因此，微生物数量多，种类亦多。
除一般细菌外，还有大量丝状菌存在（丝状菌对有机物具有较大的氧化分解能力），并穿插于菌胶团之间。
另外在生物膜上还有多种种属的原生动物和后生动物，形成了稳定的生态系统。
②具有较高的氧利用率。
由于空气泡在填料中曲折穿过，产生气泡切割，缩小了气泡体积，增加了停留时间，从而提高了氧从气相向液相的转移效率。
③生物膜附着在填料表面，更加分散，从而扩大了微生物与废水中有机质的接触面，使有机质更易被吸附、降解。
④生物膜附着在固体表面，不易流失，微生物量高。
在填料之间空隙中，还有大量悬浮生长的微生物，所以微生物浓度高于活性污泥SBR，有利于有机质的降解。
⑤BSBR法周期比SBR短，如图2所示，曝气刚运行时，COD下降很快，在很短时间内就能达到较高的去除率，随着时间的延长，下降速率减慢，相对于普通SBR，BSBR法的降解速率大。
要达到同样的出水标准，BSBR的曝气时间比普通SBR法短。
所以BSBR法能缩短周期，节约能耗。
4结论
①传统活性污泥法处理皮革废水，出水COD为600mg/L左右，普通SBR法出水COD为400mg/L左右。
而BSBR法可降到200mg/L左右，且降解速率快。
②BSBR法中，大部分污泥以生物膜形式附着在填料上，生物膜有丰富的生物相，其中高营养级的微生物较多，故相对于普通SBR法而言，BSBR法产生的剩余污泥量少。
③生物膜上形成了稳定的生态系统，生物种类多，数量多，因此使BSBR系统具有更强的耐冲击负荷能力。
④投产期短，启动快，投资少，能耗低，适合于皮革废水处理，亦可推广于其他废水处理。
膜法处理回用农业排水的可行性研究探讨
景泰川电力提灌区,位于甘肃中部景泰县,灌区从黄河提水进行灌溉.一期灌区设计提水流量为10M3秒,设计灌溉面积为30万亩[1].灌区上水前,地下水位都深.但上水后,由于种种原因,使地下水位迅速上升,改变了灌区的地下水平衡状态,逐渐发生了盐渍化,盐渍化荒地逐年增加,影响了灌区效益的发挥,也影响了农业的发展.在一期灌区的农业耕作区建立排水系统量很有必要的,这不但防止土壤盐渍化,而且利用规划设计合理的排水系统起到收集农业排水的功能.对农业排水的回收处理包括技术环境方面的许多因素.废水的最小化及排水的回收再利用可减少从黄河的提水量,还可防止因土壤盐渍化而丢失大片的耕地面积.为了设计这样一个满足上述要求的农业排水处理工程需要对许多的设计参数进行仔细的优化计算,努力以最小的成本实现农业排水的回收再利用.
1.农业排水回收利用现状
美国从71年开始在加利福尼亚Firebaugh进行农业排水回收利用试验研究[2].试验所用技术为反渗透,所用膜为手工浇铸醋酸纤维（CA）管式膜组体.通过试验对这种技术的可行性得到了证实.由于当时膜价高,及CA膜所需的高运行压力,使系统制水成本很高,无法推广应用.从1983至1987年,美国在加利福尼亚LosBaros又进行农业排水处理技术的第二阶段试验研究[3].这次采用技术仍为反渗透,选用了80年代最为先进的复合膜.这个地区农业排水中含有几种无机有毒物质,如硒酸盐和硼酸盐.这个试验系统,因为环境保护政策的需要,于1987年最终关闭了.虽然这套系统只运行了较短的时间,但反渗透系统的总体性能还是说明了用膜法水处理技术进行农业排水回收利用的潜在可行性.到了九十年代,对农业排水回收利用问题的研究又得到了重视.主要是由于新一代苦咸水淡化膜的出现.这种膜称为纳滤膜（NF）,操作压相当低,约为0.5~0.7Mpa,膜通量大,相当高的脱盐率[4].与反渗透膜相比,它具有较好的经济性,在过去几年中,美国在实验室中已作了许多工作,首先是对纳滤膜在农业排水回收利用中的性能进行评价.当农业排水的含盐量为10000mg/l,运行压力为1.4Mpa时,测得的纳滤膜通量为18GPD,脱盐率可达90%[4].这些数据说明,纳滤的处理费用与80年代的反渗透处理费用相比明显较低.其次,是对纳滤处理农业排水时的膜结垢污染进行了一系列的试验研究,并提出了合理的预处理措施.
截止目前的工作努力,已可指导进行符合农业排水条件的纳滤处理系统的设计.通过对纳滤系统的经济评价,可以预言,纳滤将是经济有效的农业排水回收处理方法.
2.农业排水回收处理方法
2.1反渗透技术
反渗透是一种压力膜过程,工艺是指在浓溶液侧施加一个大于渗透压的压力,浓溶液中的水渗透过半透膜向清水侧移动,使水从浓溶液中分离出来.反渗透用于水处理能够从水中脱除98%以上的胶体,微生物,微粒,有机物及一些溶解性盐类[5].反渗透的能耗与脱盐量有关.反渗透系统的运行压力现已降到1Mpa左右.反渗透水处理系统一般由预处理,脱盐装置及反处理三部分组成.
2.2纳滤技术
纳滤是一种新型的压力驱动过程.它的分离范围介于反渗透和超滤之间.纳滤膜的发展较反渗透晚了近二十年,但在水处理方面已逐渐取代反渗透而成为未来发展的主流.纳滤用于水处理,能够有效地脱除有机物,细菌,病毒,硬度,降低水中含盐量.纳滤在0.5~0.7Mpa的操作压力时,可脱除85~95%的硬度和70%以上的一价离子[4].纳滤系统一般由预处理,纳滤装置及后处理三部分组成.纳滤技术在饮用水净化处理,污废水排放处理,各种水溶液的浓缩与精滤等领域的优越性已逐渐为人们所认识,随着膜成本的下降及工程经验的积累,预计纳滤技术在今后会有很大发展.
3.工艺评价
景泰川电力提灌区芦阳排水试验站的水质分析资料详见表1.根据此水质资料,模拟计算以估计农业排水回收处理系统的工艺参数,这里选择的处理方法为纳滤技术.预处理工艺中包括快速综合净水器、砂滤器及精滤器.纳滤脱盐装置采用二级脱盐工艺,并使部分浓水反循环利用并将部分经过预处理的原水与纳滤出水进行掺合,提高系统水利用率,降低运行成本.纳滤膜采用美国海德能公司生产的高性能芳香族聚酰胺纳滤膜。
此膜通量大,可在超低压下操作,从而实现节能,降低投资和操作费用的目的.为了控制膜污染结垢,需要在纳滤进水中加入阻垢剂.
4.纳滤处理农业排水系统评价
4.1水质评价
表1表示原水水质,纳滤处理后水质及农业灌溉用水水质标准.经纳滤处理后的水质指标已满足农业灌溉用水水质标准.处理后的水含盐量为1080mg/l
4.2 工艺参数评价
表2列出了纳滤处理工艺的所所有工艺参数.由表2可见,在农业排水处理系统产水量30M3/h的情况下,整个系统的水利用率为85%.当纳滤的运行压力为0.5~0.7Mpa时,系统脱盐率70%以上.系统运行中,需要填加一定量的混凝剂及阻垢剂.
4.3费用评价
表3列出纳滤农业排水回收处理系统的投资,运行成本等各项费用.从表中可见,系统的综合运行成本为1.23元/M3.与高扬程提灌区的政策性单方水价0.15元/M3要高，但是干旱缺水地区这样的价格还是很有吸引力的。
表1 各类水质指标
项目
单位
原水水质指标
处理后水质指标
农业用水水质指标
Ca
mg/l
145.8
14.78
Mg
mg/l
177.8
18
K
mg/l
4.7
0.05
Na
mg/l
838
344.3
F
mg/l
0.5
0.37
<2.0-3.0
CO3
mg/l
0.1
HCO3
mg/l
142.7
137
SO4
mg/l
980
129
Cl
mg/l
1263
431
<250
NO3
mg/l
3.0
5.2
PH
7.4
6.9
5.5-8.5
TDS
mg/l
3556
1080
<1000-2000
表2 系统工艺参数
项目
单位
数量
项目
单位
数量
产水量
T/H
30
压力外壳
个
6
水利用率
%
70
NF膜
个
36
进水TDS
mg/l
3552
运行压力
Mp
0.85
产水TDS
mg/l
1080
设计水温
℃
系统脱盐率
%
>70
表3 系统投资及运行成本
项目
单位
数量
项目
单位
数量
系统投资
万元
30
4.阻垢剂费用
元/T
0.062
电价
元/度
0.5
5.杀菌剂费用
元/T
0.10
膜价
元/根
5000
6.滤芯更换费用
元/T
0.05
系统产水量
T/H
30
7.预处理费用
元/T
0.10
系统水利用率
%
>70
8.人工费用
元/T
0.10
运行成本核算
元/T
1.325
9.系统维修费用
元/T
0.04
1.膜更换费用
元/T
0.25
11.运行成本合计
元/T
1.325
2.能耗费用
元/T
0.355
3.混凝剂费用
元/T
0.05
5.结论
（1）在纳滤农业排水回收处理系统中,适当填加阻垢剂时,并采用部分浓水反循环及掺合一部分原水,有利于提高系统水利用率,降低系统运行成本.可成功地将系统水利用率提高到85%左右.
（2）在高扬程提灌区,建设竖向排水井,不但可减少排水工程投资,又可为排水的处理利用创造基础条件.从竖井中抽出的水,浊度低,可减少膜系统的预处理工艺,从而减少排水回收处理系统的投资,降低处理水成本.
（3）?
纳滤农业排水处理系统的单方水成本为1.23元/M3,这样的价格在干旱缺水地区还是有吸引力的。
当种植的作物价值较高时,就具有一定的可行性.
（4）纳滤技术处理农业排水并回用,在技术上是安全可靠的。
随着水资源矛盾的日益突生和膜技术的不断进步以及膜处理成本的不断下降,农业排水纳滤处理成本还会进一步的降低.随着工业的发展,水资源的污染日益严重,缺水现象会越来越严重,农业排水回收利用问题将会受到人们的关注,农业排水的处理也将会提到仪事日程。
（5）对农业排水进行处理回用,不但可防止土壤盐渍化,又可使农业排水资源化。
应该说,它是一种水资源再生的希望方法。
从环境保护方面讲,对农业排水进行回收处理再利用具有非常重要的环境意义.
（6）对农业排水的处理回用进行研究,对保护宝贵的水资源并以合理的方法进行再循环而供人们更好地使用,回起到重要的作用.
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