好氧浮動(dòng)床生物膜反應(yīng)器運(yùn)行參數(shù)的試驗(yàn)研究

1、好氧浮動(dòng)床生物膜反響器運(yùn)行參數(shù)的試驗(yàn)研究摘要：浮動(dòng)床生物膜反響器，又稱為懸浮床生物膜反響器，是近年開展起來的一種革新型生物膜法反響器。該工藝的特點(diǎn)是生物膜生長在反響器內(nèi)的懸浮填料上，這些填料隨反響器內(nèi)混合液的混合翻轉(zhuǎn)作用而自由回轉(zhuǎn)挪動(dòng)。在好氧反響器中這種混合翻轉(zhuǎn)動(dòng)力由曝氣提供，而在缺氧反響器內(nèi)那么通過機(jī)械攪拌作用提供。好氧浮動(dòng)床生物膜反響器結(jié)合了生物接觸氧化法工藝與好氧生物流化床工藝的特點(diǎn)，它既能解決固定床反響器易堵塞、需要定時(shí)反沖洗，流化床填料易流失等問題，具有傳統(tǒng)生物膜法耐沖擊負(fù)荷、生物相豐富、剩余污泥量少的特點(diǎn)，又具有活性污泥法處理效率高、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)1-3。本文通過對(duì)采用中試規(guī)模的浮

2、動(dòng)床生物膜反響器處理混合化工廢水的初步試驗(yàn)研究，探究了該工藝對(duì)混合化工廢水的處理效果及其影響因素。關(guān)鍵詞：好氧浮動(dòng)床生物膜反響器運(yùn)行參數(shù)ATestfperatingParaetersfAnAerbiFlating-BedBiebraneReatrAbstrat:Apilttestfflating-bedbiebranereatrfrthetreatentfixedheialasteaterasarrieduttstudytheeffetsfHRT,sludgeladingrateandteperaturenthetreatentperfranefthereatrandtheresultsfth

3、etreatent.TheresultsshedthathentheHRTas13.4hrs,14.4hrs,15.6hrsand17.0hrs,theaveragerevalratefDr,as74%,77%,77%and81%respetively；henthesludgeladingrateasithintherangef0.170.77kgBD5/(kgLSS.d),therevalratefBD5tendedtinreasefirstandtdereasethen;andhentheaterteperatureas810andtheHRTas11.7hrs15.0hrs,theDrr

4、evalrateas57.7%65.8%andtherevalratefBD5as76.3%85.4%.Keyrds:heialasteater;asteatertreatent;flatingbed;bieebranereatr;suspendedpaking浮動(dòng)床生物膜反響器，又稱為懸浮床生物膜反響器，是近年開展起來的一種革新型生物膜法反響器。該工藝的特點(diǎn)是生物膜生長在反響器內(nèi)的懸浮填料上，這些填料隨反響器內(nèi)混合液的混合翻轉(zhuǎn)作用而自由回轉(zhuǎn)挪動(dòng)。在好氧反響器中這種混合翻轉(zhuǎn)動(dòng)力由曝氣提供，而在缺氧反響器內(nèi)那么通過機(jī)械攪拌作用提供。好氧浮動(dòng)床生物膜反響器結(jié)合了生物接觸氧化法工藝與好氧生物流化床工

5、藝的特點(diǎn)，它既能解決固定床反響器易堵塞、需要定時(shí)反沖洗，流化床填料易流失等問題，具有傳統(tǒng)生物膜法耐沖擊負(fù)荷、生物相豐富、剩余污泥量少的特點(diǎn)，又具有活性污泥法處理效率高、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)1-3。本文通過對(duì)采用中試規(guī)模的浮動(dòng)床生物膜反響器處理混合化工廢水的初步試驗(yàn)研究，探究了該工藝對(duì)混合化工廢水的處理效果及其影響因素。1試驗(yàn)材料與方法1.1懸浮填料本試驗(yàn)采用國產(chǎn)專利技術(shù)制造的新型懸浮填料；是一種以聚丙烯為主要材料的特殊塑料制品，空心柱體，內(nèi)有多葉瓣翼片，柱體外徑50，高度100，比表自積為27823，密度為0.960.99g3。1.2試驗(yàn)流程及裝置浮動(dòng)床生物膜反響器采用鋼板焊接而成，整體尺寸為：長寬

6、高=3.01.251.25，沿縱向等分為4格，有效水深1.00，總有效容積3.753，填料填充率為50，即占反響器有效容積的二分之一；采用穿孔管曝氣。1.3試驗(yàn)用水初期試驗(yàn)進(jìn)水直接取自上海市桃浦工業(yè)區(qū)污水處理廠沉砂池出水，后根據(jù)實(shí)際情況作了相應(yīng)調(diào)整，進(jìn)水取自污水廠的調(diào)節(jié)池，取消高位水箱改為直接通過均質(zhì)配水池自流進(jìn)水。試驗(yàn)過程中未設(shè)置二次沉淀池，出水靜置2h后，取上清液測(cè)試。2啟動(dòng)與掛膜首次試驗(yàn)在1999年7月，取某生活污水處理廠儲(chǔ)泥池污泥投入反響器，連續(xù)進(jìn)出水，水力停留時(shí)間控制在8h左右，開始曝氣。因原污泥儲(chǔ)存時(shí)間較長，活性較差，幾乎無原生動(dòng)物，經(jīng)10d后，填料上根本無生物膜形成；重新投加污泥

7、接種，污泥取自桃浦工業(yè)區(qū)內(nèi)的上海三維制藥廠維生素廢水處理系統(tǒng)，污泥活性良好，含較多鐘蟲。2周后，填料掛膜良好。第二階段試驗(yàn)在2000年12月開始，流程改為自流進(jìn)出水后，采用自然培養(yǎng)的方法進(jìn)展啟動(dòng)：將已露天堆放達(dá)20d的舊填料作為載體置于反響器中，水力停留時(shí)間控制在67h之間，保證在較高的水力負(fù)荷條件下使填料掛膜，開始10d左右，老的生物膜相繼脫落，由于水溫較低(1018新的生物膜生長緩慢，20d以后新的生物膜逐漸形成，40d后處理出水指標(biāo)根本趨于穩(wěn)定，認(rèn)為啟動(dòng)、掛膜已經(jīng)完成。3試驗(yàn)結(jié)果與分析3.1水力停留時(shí)間對(duì)處理效果的影響水力停留時(shí)間是浮動(dòng)床生物膜反響器的主要工藝參數(shù)，它直接影響反響器的水力

8、學(xué)特性和污染物負(fù)荷狀況，試驗(yàn)過程中考察了平均進(jìn)水水質(zhì)Dr的質(zhì)量濃度為629.7926gL，BD5與Dr的質(zhì)量比在0.3以上，pH值在69范圍內(nèi)，平均水溫在18以上，不同水力停留時(shí)間停留時(shí)間分別取13.4h，14.4h，15.6h，17h時(shí)，Dr的平均去除率分別為74，77，77，81。圖1a圖1d分別給出了不同水力停留時(shí)間條件下連續(xù)運(yùn)行的進(jìn)、出水Dr值及去除率的變化。結(jié)果說明：隨著水力停留時(shí)間的增加，Dr去除率呈上升趨勢(shì)，主要原因是由于混合化工廢水存在難以生物降解的物質(zhì)，延長水力停留時(shí)間有利于世代期長的微生物生長。另一方面，水力停留時(shí)間長，水力負(fù)荷小，能防止出水夾帶脫落的生物膜流出，影響出水水

9、質(zhì)。但Dr去除率隨停留時(shí)間的延長上升較為緩慢，無限制地延長勢(shì)必消耗較高的能源，同時(shí)，也將造成負(fù)荷過低而使微生物無法維持生長與內(nèi)源呼吸的動(dòng)態(tài)平衡，造成生物膜老化，降低處理效果。因此，綜合考慮去除效率、負(fù)荷、技術(shù)經(jīng)濟(jì)與實(shí)際要求建議停留時(shí)間控制在15h左右。在水力停留時(shí)間一定的條件下，Dr去除率隨著進(jìn)水Dr濃度的增加而進(jìn)步，隨著Dr濃度的減少而降低。這里因?yàn)樵谒νＡ魰r(shí)間一定時(shí)，進(jìn)水底物濃度進(jìn)步時(shí)浮動(dòng)床生物膜反響器中填料上生物膜周圍營養(yǎng)物質(zhì)豐富，微生物的生長繁殖快，微生物種群也更加多樣化，從而更有利于底物降解。3.2污泥負(fù)荷對(duì)處理效果的影響試驗(yàn)過程中BD5污泥負(fù)荷范圍為0.170.77kgBD5kg

10、LSS.d。圖2為不同污泥負(fù)荷條件下BD5的去除率，隨著污泥負(fù)荷的進(jìn)步，BD5去除率首先呈上升趨勢(shì)而后呈下降趨勢(shì)。這是因?yàn)楫?dāng)污泥負(fù)荷在一定范圍內(nèi)進(jìn)步時(shí)，填料上的生物膜內(nèi)異養(yǎng)微生物由于生長與代謝受進(jìn)水有機(jī)底物的控制，隨著BD5污泥負(fù)荷升高，水中的營養(yǎng)物程度上升，異養(yǎng)微生物數(shù)量能很快增加并保持較高的活性，生物膜厚度也隨之增加，使有機(jī)物的降解速率加快，BD5的去除率上升。當(dāng)污泥負(fù)荷超過一定范圍時(shí)，異養(yǎng)微牛物的代謝不再受進(jìn)水有機(jī)底物控制，生物膜的增殖速率不再隨污泥負(fù)荷增加而增加，BD5的去除率反而下降。3.3溫度對(duì)處理效果的影響穩(wěn)定運(yùn)行階段，對(duì)反響器考察了典型高、低溫條件下的Dr、BD5的去除效果。其

11、試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。表1典型高、低溫條件下的試驗(yàn)運(yùn)行數(shù)據(jù)溫度停留時(shí)間h(Dr)/(g.L-1)Dr去除率(Dr)/(g.L-1)BD5去除率%(BD5):(Dr進(jìn)水出水進(jìn)水出水進(jìn)水出水815440.4150.865.8146.921.585.40.330.148.515417.9170.659.2210.75076.30.510.29911.7515.8218.257.7211.139.381.40.410.189.515489.4188.561.5175.228840.360.151015357.1145.859207.242800.580.293012476.01047820511950.43

12、0.113212298.0657817716910.590.253312269.055801447950.530.13試驗(yàn)結(jié)果說明：水力停留時(shí)間條件相近時(shí)，溫度是影響有機(jī)物去除率的主要因素，在停留時(shí)間為11.7h，12h時(shí)，水溫在9，3033時(shí)，Dr去除率分別為57.7，7880，BD5去除率分別為76.3，9195。水溫在810時(shí)，停留時(shí)間為11.7h15h，Dr處理效率在57.765.8之間，BD5去除率在76.3%85.4之間，說明浮動(dòng)床填料生物膜反響器在低溫條件下仍然有較高的處理效率。3.4反響器接觸反響特征將浮動(dòng)床生物膜反響器沿縱向分成4格，廢水進(jìn)入反響器后呈推流狀態(tài)至出水，但在每格

13、中又因填料在曝氣池中自由浮動(dòng)流化而呈完全混合形態(tài)。微生物的質(zhì)和量及污染物、微生物、溶解氧之間的傳質(zhì)效果是影響生物處理效果的主要因素。不同工況條件下Dr沿縱向的變化如表2所示。表2Dr沿反響器縱向的變化溫度/反響器停留時(shí)間/hDr/g.L-1)進(jìn)水1#格2#格3#格4#格28128603632021831731513.47223252112061921913.49394223762792211513.9755365250230211151577335722020717219178763922232142022020734357192181176由表2可知Dr沿縱向呈明顯遞減趨勢(shì)，第1格Dr的質(zhì)量

14、濃度顯著低于進(jìn)水Dr的質(zhì)量濃度。說明浮動(dòng)床反響器呈現(xiàn)推流反響器的特征，對(duì)應(yīng)的單格又根本到達(dá)完全混合狀態(tài)，污水進(jìn)入反響器后即迅速被混合稀釋。這種接觸反響流態(tài)使反響器中微生物分級(jí)明顯，有利于形成高級(jí)種群。種屬的微生物，又能強(qiáng)化污染物。生物膜。溶解氧之間的傳質(zhì)并使微生物保持不斷更新維持較高的活性。4生物相檢測(cè)與分析反響器中微生物相主要由附著生長在填料上的生物膜與混合液中的活性污泥組成。由于沒有污泥回流，混合液中的污泥量較少，經(jīng)鏡檢觀察，溫度較高條件下平均溫度在25以上污泥性狀良好，并有大量細(xì)菌和少量原生動(dòng)物和小型后生動(dòng)物出現(xiàn)；而在溫度較低時(shí)平均溫度在15以下進(jìn)展啟動(dòng)。掛膜到穩(wěn)定運(yùn)行后的3個(gè)月內(nèi)，混合

15、液中只有少量細(xì)菌、藻類，偶然可見原生動(dòng)物活體。但鏡檢觀察到，無論是在高溫條件還是溫度較低的情況下，填料上的生物膜均包括大量細(xì)菌。藻類、放線菌、球衣菌，以及原生動(dòng)物和小型后生動(dòng)物，且在高溫條件下，比較突出地表現(xiàn)為由放線菌、球衣菌等組成的絲狀菌構(gòu)成的生物膜網(wǎng)狀構(gòu)造。兩個(gè)階段的穩(wěn)定運(yùn)行試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，反響器第1格、第2格生物膜較粗糙，后2格生物膜較光滑。生物填料上的膜分級(jí)現(xiàn)象明顯，第1級(jí)生物膜呈深灰色，第2級(jí)呈灰色，第3、第4級(jí)呈灰褐色，略帶淡黃。此外，生物膜主要生長在填料柱體內(nèi)多葉瓣翼片上，外外表幾乎沒有生物膜，膜的粘性較大。通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果分析和生物相觀察說明，反響器內(nèi)對(duì)污水處理起主要作用的是

16、生長在填料上的生物膜；在溫度較高條件下，以生物膜與混合液中的活性污泥構(gòu)成的生態(tài)系統(tǒng)共同對(duì)水中的污染物起去除作用，生物膜與混合液中細(xì)菌、原生動(dòng)物。藻類、真菌等組成的復(fù)雜的微生物生態(tài)系統(tǒng)生物量豐富、分級(jí)明顯，更能有效去除污染物質(zhì)。混合液中污泥性狀良好說明生物膜因水流紊動(dòng)始終保持著很高的生物活性，填料外外表由于受到較大水力剪切力和沖刷作用致使根本無生物膜生長。5結(jié)論好氧浮動(dòng)床生物膜反響器處理混合化工廢水具有較好的處理效果，停留時(shí)間在13.4h，14.4h，15.6h，17h的平均去除率分別為74，77，77，81。綜合考慮去除效率、負(fù)荷、技術(shù)經(jīng)濟(jì)與實(shí)際要求的關(guān)系建議停留時(shí)間控制在15h左右；低溫條件下的試驗(yàn)說明反響器在停留時(shí)間為15h能保證低溫條件下的處理效率。好氧浮動(dòng)床生物膜反響器具有推流反響器和完全混合反響器的特征，這種接觸反響流態(tài)使反響器中微生物分級(jí)明顯，有利于形成高級(jí)種群、種屬的微生物，又能強(qiáng)化污染物、生物膜、溶解氧之間的傳質(zhì)并使微生物不斷更新維持較高的活性。參考文獻(xiàn)：1HJHnsn,Page,LBlaha.FullsalenvingbedbifilreatrresultsfrrefineryandslaughterhusetreatentfailitiesJ.atSiTh,2000,41(4-5):401