無動力生物凈化設備
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針對印染廢水特點及其治理研究的現狀, 本課題前期采用了“UASB(Upflow Anaerobic Sludge Blanket)-缺氧好氧-混凝沉淀”組合工藝, 以蘇州一家印染企業排放的綜合性印染廢水為處理對象進行中試研究, zui終實現了有機物、色度、氮、硫的同步去除, 并且在對調試成功的數據分析的基礎上初步研究了各個反應器內的氮、硫轉化去除機理。 UASB作為該組合工藝中的核心反應器, 對實現同步去除COD、脫氮、除硫起到了關鍵作用。因此, 本文在前期研究基礎上, 從對*工況條件下運行數據分析、微生物學菌種鑒定和小試3個方面, 重點對UASB反應器內碳、氮、硫的協同去除機理進行研究, 以期為后續研究提供理論參考。
1、中試概況
中試在蘇州某印染廠進行, 該廠以印染純棉纖維、滌綸、腈綸和棉混紡織物為主, 排放的是綜合性印染廢水。廢水pH為7。0~10。0, 水溫為30~40 ℃, 其它主要指標為CODCr 452~775 mg·L-1、BOD5 98~185 mg·L-1、色度400~600倍、NH4+-N 22。5~40。6 mg·L-1、TN 70。3~102。3 mg·L-1、NO3--N 1。2~1。8 mg·L-1、TP 0。3~0。5 mg·L-1、SO42- 44。7~80。3 mg·L-1、S2- 32。5~41。8 mg·L-1、SS 225~400 mg·L-1, 未檢測出NO2--N和單質硫(S0)。
中試裝置于2014年3月啟動成功, 然后進行參數優化得出：控制UASB水力負荷0。4 m3·m-2·h-1(冬季反應器溫度低于15 ℃時降至0。3 m3·m-2·h-1), 活性污泥A反應器DO=0。5~0。8 mg·L-1, B反應器DO=0。2 mg·L-1, 接觸氧化反應器采用漸減曝氣且氣水比為12:1, 混凝劑PAC(10%)和PAM(0。1%)投加量分別為1。2 mL·L-1和0。9 mL·L-1, 絮凝30 min, 實現了C、N、S的同步去除, 出水指標達到并優于《紡織染整工業水污染物排放標準》(GB4287—2012)的直接排放標準, 且連續半年運行表明, 工藝穩定。

2、UASB反應器
①中試裝置
UASB為目前應用廣泛的高效厭氧反應器之一, 優于普通水解酸化池。反應器由污泥反應區、氣液固三相分離器、沉淀區和氣室組成, 具體如圖 2所示。反應器規格為2 m×2 m×5 m(長×寬×高), 均分為4個單元, 有效容積18 m3, 三相分離器(共4個)高0。8 m, 集氣罩斜面坡度60°, 沉淀區斜面高度0。4 m、坡度55°, 布水區高0。8 m, 超高0。4 m, 設計進水流量1 m3, 即水力負荷0。25 m3·m-2·h-1。由提升泵抽取, 從底部分兩道進水, 并采用環形均勻布水方式, 具體如圖 2中底視圖所示。接種污泥取自蘇州某污水廠二沉池含水率82%的剩余污泥, 接種量15 g·L-1。反應器先采用低負荷啟動, 原水經自來水稀釋至CODCr為200 mg·L-1, 用硫酸調節pH為7。0~8。0, 以0。6 m3·h-1連續進水, 5 d后逐步減少自來水用量, 提高進水COD, 經過15 d馴化, 松散污泥轉變為絮狀污泥。再以原水作為進水, 以正常負荷啟動, 并逐步提高水力負荷至設計值0。25 m3·m-2·h-1, 經過40 d培養, 形成了顆粒污泥, 粒徑為0。9~3。5 mm, 沉降性良好, MLVSS約48 g·L-1, VSS/SS為0。51, CODCr去除率為35%~41%, 即反應器啟動成功。由于進水水溫為30~40 ℃, 反應器內能夠達到中溫消化所需的溫度。
②小試裝置
小試反應器采用有機玻璃自制, 尺寸為15 cm×100 cm(直徑×高度), 外置加熱棒于水中進行水浴加熱, 控制為中溫消化, 接種污泥取自中試UASB反應器內已培養好的顆粒污泥, 溫度控制與污泥濃度同中試UASB反應器。由于小試反應器接種污泥取自已培養好的顆粒污泥, 因此, 無需長時間菌種培養。進水取自中試系統進水, 調節pH為7。0~8。0, 連續運行5 d, 出水即達到了中試UASB反應器的出水標準, 啟動成功。
③檢測方法2。3。1 常規指標檢測
COD、色度、NH4+-N、TN、TKN、NO3--N、NO2--N、S2-、SO42-、SS、TP測定按國家環保總局發布的《水和廢水監測分析方法》(第4版)進行;溫度、pH采用便攜式測定儀(HACH, America, SensION1)測定;BOD5測定采用BOD快速測定儀(HACH, America, TrakTMⅡ);對于S0的測定, 有研究得出可以采用液相色譜法和分光光度法, 本文采用分光光度法。
④微生物檢測
污泥樣品取自中試UASB反應器污泥層, 取樣后裝入無菌袋密封, 利用實時熒光定量PCR, 并委托上海歐易公司采用454高通量測序技術進行微生物菌群鑒定, 實驗流程為：①DNA提取：使用E。Z。N。A Soil DNA試劑盒(OMEGA公司)抽提基因組DNA, 并用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測抽提DNA完整性;②PCR擴增：按測序區域合成帶有5′454 A、B接頭-特異引物3′的融合引物, PCR儀為ABI GeneAmp9700型, 采用TransGen TransStart Fastpfu DNA Polymerase AP221-02型聚合酶, 每個樣品3個重復, 將同一樣品PCR產物混合后用2%瓊脂糖凝膠電泳檢測, 并用AXYGEN公司的AxyPrepDNA凝膠回收試劑盒切膠回收, Tris-HCl洗脫;③熒光定量：參照電泳檢測結果, 將PCR產物用QuantiFluorTM-ST熒光定量系統(Promega公司)進行檢測定量, 之后按照每個樣品測序量進行相應比例混合;EmPCR和Roche GS FLX+測序所用試劑分別為Roche GS FLX Titanium EmPCR Kits(Lib-L)和Roche GS FLX+ Sequencing Method Manual _XLR70 kit;④生物信息學分析：去除序列末端后引物和接頭序列、低質量堿基、barcode標簽序列、前引物序列, 丟棄長度短于200 bp、模糊堿基數>0、序列平均質量低于25的序列, 提取非重復序列, 與Silva數據庫中已比對的核糖體序列數據庫(16S/18S, SSU)進行比對, 并采用Mothur軟件將OTU中序列與Silva數據庫比對, 找出zui相近且可信度達80%以上的種屬信息。納濾技術納濾膜又稱為超低壓反滲透膜，日本學者大谷敏郎曾對納濾膜的分離原理進行了具體的定義：操作壓力≤1.50mPa，截留分子量200～1000，NaCl的截留率≤90%的膜可以認為是納濾膜。現在，納濾膜分離技術已經從反滲透技術中分離出來，成為介于超濾和反滲透技術之間的獨立的分離技術，己經廣泛應用于海水淡化、超純水制造、食品工業、環境保護等諸多領域，成為水處理技術中的一個重要的分支。
無動力生物凈化設備a.溶解、擴散原理：滲透物溶解在膜中，并沿著它的推動力梯度擴散傳遞，在納濾膜的表面形成物相之間的化學平衡，傳遞的形式是：能量=濃度o淌度o推動力，使得一種物質通過膜的時候必須克服滲透壓力。
b.電效應：納濾膜與電解質離子間形成靜電作用，電解質鹽離子的電荷強度不同，造成膜對離子的截留率有差異，在含有不同價態離子的多元體系中，由于道南（DONNAN）效應，使得膜對不同離子的選擇性不一樣，不同的離子通過膜的比例也不相同。
納濾過程之所以具有離子選擇性，是由于在納濾膜上或者膜中有負的帶電基團，它們通過靜電互相作用，阻礙多價離子的滲透。納濾膜可能的荷電密度為0.5～2meq/g。
納濾膜的分離原理
納濾膜介于RO與UF膜之間，對NaCL的脫除率在90%以下，反滲透膜幾乎對所有的溶質都有很高的脫除率，但納濾膜只對特定的溶質具有高脫除率；
納濾膜主要去除直徑為1個納米（nm）左右的溶質粒子，截留分子量為100～1000，在飲用水領域主要用于脫除三鹵甲烷中間體、異味、色度、農藥、合成洗滌劑，可溶性有機物，Ca、Mg等硬度成分及蒸發殘留物質。

水處理工藝
污水處理一般來說包含以下三級處理：一級處理是它通過機械處理，如格柵、沉淀或氣浮，去除污水中所含的石塊、砂石和脂肪、鐵離子、錳離子、油脂等。二級處理是生物處理，污水中的污染物在微生物的作用下被降解和轉化為污泥。三級處理是污水的深度處理，它包括營養物的去除和通過加氯、紫外輻射或臭氧技術對污水進行消毒。可能根據處理的目標和水質的不同，有的污水處理過程并不是包含上述所有過程。
純凈水處理工藝，視原水水質而定。
如果原水是市政自來水，一般的流程是：
砂濾–活性炭過濾器–軟化（可有可無）–保安過濾器–反滲透–紫外消毒–產水
如果是一般的地表水，在進入上述流程之前要殺菌并添加絮凝劑。
如果是井水，在砂濾后要加除鐵錳過濾器。