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淀粉及淀粉深加工产品在加工过程中会产生高浓度酸性有机废水,其成分复杂,处理难度较大。若不处理或处理不当会造成周边水体污染,使水体发黑发臭,从而给生态环境带来很大危害。推进水生态文明建设,从源头防治水体污染,探究行之有效的淀粉类废水处理工艺使其达标排放是十分必要的。近年来,膜生物反应器(Membrane Bioreactor,MBR)因其抗冲击能力强而广泛应用于污水处理中,一体化MBR及组合式MBR在许多方面取得了成效,但仍然存在脱氮除磷效果不稳定的问题。本文以重庆市北碚区澄江镇某速冻食品厂作为对象,经实地调研及进水水质检测发现:进水水质总氮、总磷、化学需要量(Chemical Oxygen Demand,COD)太高,分别为104.71~123.12 mg/L、98.92~102.67 mg/L、5020~5450 mg/L;酸性强,pH值为3.97~4.39;水量变化大、MBR系统负荷大、出水水质不稳定,甚至设备偶尔瘫痪,产生严重污染。其主要原因是该企业现有淀粉类废水中颗粒物量大,酸性太强,给现有以MBR为主的污水处理工艺带来极大的负担,而且MBR出水中无机氮磷含量也较高,因此处理效果不佳,出水水质总氮、总磷、COD分别为22.94~31.27 mg/L、8.29~12.37 mg/L、48.12~62.03mg/L,无法实现达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中的Ⅴ类水排放。结合该现状,提出了前端絮凝沉淀减少颗粒固形物,调节pH值,降低入水对MBR冲击;后端利用沉水植物吸收利用MBR出水中无机氮磷的思路,在该企业现有废水处理系统设备的基础上进行升级改造。基于此,本研究在实验室条件下,研究单一絮凝剂和复配絮凝剂对水体总氮、总磷、COD等的去除效果并对比分析了絮凝沉淀物质量,进而选取了最优复配絮凝剂聚合硫酸铁(Polyferric Sulfate,PFS)+聚丙烯酰胺(Polyacrylamide,PAM)组进行了实验室条件优化试验。将絮凝最优条件引入实地运行,同时将MBR出水引入到构建好的沉水植物沟渠中,持续监测各处理阶段水质情况并分析各处理阶段的去除效果,结果表明前端引入絮凝沉淀和后端引入沉水植物的提升工艺,显著改善了MBR膜处理效果和提升设备运行稳定性,监测期间系统出水口各项指标达到地表水Ⅴ类水质要求。同时利用磷脂脂肪酸(Phospholipid Fatty Acid,PLFA)方法分析各处理阶段水体中微生物群落量及多样性变化,初步探讨水质改善的微生物原因。主要结果如下:升级改造方案的工艺构造建设:首先在前端增加一个絮凝沉淀池用于投加絮凝剂预处理以减缓后续环节压力;其次在IC厌氧反应器(Internal Circulation,IC)和好氧一体化主机之间增加一好氧反应曝氧池以增大其曝氧量;最后增加一个生态沟渠用于种植沉水植物(苦草和黑藻)以去除经MBR后末端水中无机氮磷等污染物。将其废水处理工艺升级改造为“絮凝沉淀法预处理+厌氧好氧反应处理+MBR一体化设备+沉水植物生态沟渠净化处理”相结合的组合工艺。(1)在实验室相同试验条件(反应体系:1 L。搅拌参数:200 r/min下搅拌1 min;150 r/min下搅拌3 min;100 r/min下搅拌6 min;静置时间:2 h)下比较分析了3种絮凝剂PAM、PFS、聚合氯化铝(Poly Aluminium Chloride,PAC)单独处理及2种无机絮凝剂(PFS、PAC)分别和有机絮凝剂PAM复配使用时产生的絮凝沉淀物的重量及淀粉类废水中总氮、总磷及COD的去除效果。结果表明,2种无机絮凝剂与有机絮凝剂复配组合中PFS+PAM组对总氮、总磷的去除效果最好,絮凝沉淀物质量最大,对总氮、总磷的去除率分别为35.15%、33.84%,絮凝沉淀物重量为675.1 mg。PAC+PAM组对COD的去除效果最好,为39.89%。无机絮凝剂与有机絮凝剂复配使用对水体总氮、总磷及COD的去除效果比单一使用好,说明无机有机复配使用时克服了单一絮凝剂的不足,发挥了各自优点。(2)PFS+PAM复配使用去除淀粉类废水总氮、总磷及COD的影响因素研究表明,PFS+PAM组的最优投加量、最优初始水样pH值及最优水样温度分别为PFS 120 mg/L、PAM 20 mg/L,9,25℃。在优化条件下PFS+PAM复配处理对水体总氮、总磷及COD的去除率最高,分别为42.96%、51.94%和52.91%,表明PFS+PAM复配使用可高效去除淀粉类废水水体中的总氮、总磷及COD,为后期各阶段处理缓解了压力。(3)监测期间,系统出水基本无固体悬浮物(Suspended Solids,SS)氨氮的平均浓度在0.46 mg/L,pH值稳定在7.89~8.21、总氮的平均去除率为98.58%,总磷、COD的平均去除率达99%以上。系统出水口主要污染物浓度达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中的Ⅴ类水排放标准,满足企业达标排放的要求。(4)对某速冻食品厂淀粉类废水不同处理阶段的水体进行PLFA分析发现:水体微生物结构发生变化,各处理阶段微生物群落具有显著差异,各种微生物菌群的PLFA含量及种类也有所不同。随着处理的进行,淀粉类废水中的污染物(总氮、总磷、COD等)逐渐降低,这与各处理阶段PLFA的含量呈现正相关关系。综上所述,絮凝沉淀与沉水植物联用对MBR一体化设备处理淀粉类废水有提升作用,“絮凝沉淀法预处理+厌氧好氧反应处理+MBR一体化+沉水植物生态沟渠净化处理”的组合工艺可作为依托企业淀粉类废水处理工艺升级改造的技术方案。