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    多面空心球載體新型生物轉籠處理生活污水性能研究
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    多面空心球載體新型生物轉籠處理生活污水性能研究

    2019-09-06      閱讀:
    生物轉盤是一種有效的生物膜法污水處理技術。對傳統生物轉盤進行改良,制成填料式生物轉籠反應器,在轉籠中投加多面空心球作為生物載體,研究該反應器對生活污水的處理效果。結果表明:轉籠轉速為 9~12r/min,在 HRT 從 10 h逐級降至 4.5 h的過程 中,當進水 COD、NH -N和 TN濃度分別為 215.9~241.0 mg/L、22.1~24.0 mg/L和 30.3— 33.9 mg/L時,率分別在 85.0%~90.2%,80.0%~98.3%及 21.3%~34.2%之間。實驗驗證了該反應器用于生活污水處理的可行性,為農村小規模生活污水的有效處理提供了適用技術。

    隨著農村城鎮化和農民生活水平的提高,其生活污水的有效處理問題日益突出。因我國多數鄉鎮排水系統不完善、資金短缺,建成的小型生活污水處理設施較少。因此,開發處理效果好、投資少、運行費用低、占地小、管理方便的農村小型生活污水的處理技術為重要。生物轉盤 (rotatingbiologicalcontactor,RBC)是一 種生物膜法廢水處理技術,因其具有投資少、運行費用低、管理方便等點已廣泛用于處理生活污水和工業廢水 ’,特別適用于小規模的生活污水處理。但高性能的 RBC盤 片結構復雜、加工困難,限制了 RBC的推廣應用。研究者們對生物轉盤的改進進行了不斷嘗試,研制出了懸浮填料轉籠式生物反應器,在轉籠中投加懸浮填料、滌綸纖維球填料,研究了反應器的啟動,處理受污染湖水的性能,取得了較好的效果 。但對采用不同載體的生物轉籠反應器處理生活污水的性能缺乏系統研究。本研究采用已開發的新型生物轉籠 ,通過在轉籠內投加多面空心球載體,研究其處理生活污水的物去
    除規律,可為小規模生活污水處理提供一種經濟可行的實用技術。

    1 材料與方法
     
    1.1 實驗裝置及流程
    生物轉籠反應器由殼體、轉籠及腿式支座組成,殼體用不銹鋼制成,底部為半圓形;轉籠表面用不銹鋼篩網密閉;支座為鋼架支承。反應器外形為長530mm、寬 440mm、高 350mm,總容積為 50L,有效容積為 35L,浸沒面積 40%,表面篩網 60目;每個轉籠直徑為 300 mm,厚度為 68mm。反應裝置流程如圖 1所示。沿水流方向,將 3個轉籠分為 1、2、3 轉籠 。每個轉籠共有 155個 qb25 mm 和 69個38mm填料。掛膜期間使用出水沉淀器,澄清出水同時回流污泥至反應器中污泥流失。
     
    多面空心球載體新型生物轉籠處理生活污水性能研究
    1.2 實驗材料
    掛膜期間采用人工合成廢水,廢水為:葡萄糖 258 mg/L;NH4C147.8 mg/L;KH2PO411 mg/L;NaHCO3mg/L;CoSO4 •7H20 0.3 mg/L;MnSO4H20 0.5 mg/L;ZnSO4 ‘7H20 0.1 mg/L;NiC12 ‘6H,0 0.01mg/L。維持進水 COD:N:P=100:5:1,pH 在 7.0左右,反應溫度為 17—22℃ 。
    掛膜完成后實驗用水采用四川大學學生宿舍生活污水,實驗中根據濃度變化需要外加葡萄糖KH:PO 使進水 COD、NH -N、TP濃度符合四川省鄉鎮生活污水濃度 ,同時根據生活污水水質情況添加一定量的 NaHCO 。

    填料選用直徑為 25mm和 38mm 2種 聚丙烯塑料多面空心球,如圖 2所示,產品技術指標見表 1。
    多面空心球載體新型生物轉籠處理生活污水性能研究
     
    1.3 測試方法
     
    COD采用重鉻酸鉀法;pH采用玻璃電法;DO采用納氏試劑分光光度法;TN采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法;MLSS采用重量法;生物相采用 HITACHIS-450掃描電子顯微鏡觀察。

    2 結果與討論
     
    2.1 反應器啟動
     
    啟動期 COD處理效果見圖 3。1~23d填料填裝率為 40%。其 中, 1~16天有污泥回流,出水COD濃度低于 50mg/L,肉眼可見 1 、2轉籠表面已形成較致密的生物膜,3轉籠表面生物膜基本成型,反應器內填料上未見明顯生物膜; l7天停止回流排空污泥后運行,COD率下降,出水水質變差; 17—23天 ,出水 COD濃度大于 100mg/L,且填料掛膜情況無改善,表明本次反應器啟動失敗。
     
    24天 ,多面空心球 100%填裝,采用快速排泥掛膜法 ,出水 COD濃度逐漸降低 ,后連續 8d 穩定在 40mg/L以下,轉籠表面及填料表面均附著生物膜,結合鏡檢生物相,可以判斷反應器啟
     動成功。
    多面空心球載體新型生物轉籠處理生活污水性能研究
    可見多面空心球填裝率影響啟動效果,40%填裝時掛膜失敗,100%填裝后反應器啟動成功。這是如 如因為多面空心球不具有內孔,微生物只能在其光滑的表面生長,40%填裝時,轉籠內的填料隨轉籠轉動,由底部上升到高點后,快速跌落到轉籠底部,此時填料滾動迅速且撞擊水面產生沖擊力,填料表面受到強烈的水力沖刷,剪切力大,微生物難以附著,填料上無法形成生物膜;100%填裝后,填料滾動緩慢,水力剪切力小,可生成生物膜,反應器可快速啟動。
     
    2.2 污水處理效果
     
    參照文獻[7],基于轉籠外邊緣線速度基本相同的原則,控制實驗期間轉籠轉速為 9~12r/min。

    2.2.1 HRT對 COD率的影響

    HRT對生物轉籠 COD率有一定的影響。不同 HRT下 ,進出水 COD濃度及率見圖4。由圖 4看 出,進水 COD 濃度為 215.9~241.0 mg/L,HRT從 10h逐級降低到 4.5h過程中,出水 COD濃

    度穩定在 40mg/L以下 ,率在 85% ~90.2%,表明該系統對生活污水 COD的性能良好。使用多面空心球填料時,出水 COD若要求滿足《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918.2002)一級A標準,HRT不能低于 4.5h。
     
    2.2.2 HRT對 NH,.N率的影響
     
    HRT對生物轉籠 NH.N率有明顯的影響。不同 HRT下 ,系統對 NH-N的效果和不同容積負荷下 NH,一N的率分別見圖 5和圖 6。
     

    由圖 5可 以看出,NH一N進水濃度為 22.1~24.0mg/L,HRT從 10h逐級降低到 6h的過程中,出水 NH 一N平均濃度穩定在 3 mg/L以 下,率穩定在 80.0% ~98.3%;且由圖 6可以得知,系統NH一N容積負荷不斷提高,當 NH.N容積負荷 <0.1kg/(nl •d)時,系統 NH -N率保持在 95%以上;當 NH .N容積負荷達到 0.2 kg/(m’•d)時,氨氮率可穩定在 80%左右。結合圖 5和 圖 6分析,HRT大于 6 h時,對系統處理效果無明顯影響,但當 HRT<4.5h時,出水 NH .N濃度突然至 l0mg/L,后逐漸降低,但出水 NH 一N濃度波動較大,表明在低 HRT水平下,系統穩定性差,因此為保證系統對 NH.N 效果的穩定,HRT應大于4.5 h。
     
    2.2.3 TN 的效果
    不同 HRT下 ,系統對 TN的處理效果見圖 7。由圖 7可以看出,進水 TN濃度為 30.3~33.9mg/L,出水 TN濃度為 21.0~26.7mg/L,率為 21.3% ~34.2%,表明該系統具有一定的脫氮能力。這是因為一方面微生物的同化反硝化作用消耗了一部分硝酸鹽,另一方面是可能出現了同時硝化反硝化 (SND)作用。還可由圖 7看出,單級生物轉籠對 TN的效果不穩定,TN率較低。分析原因:一是自然環境下溫度變化,反硝化菌脫氮能力受到影響;二是系統單級運行,反應器無回流措施,無缺氧段,依靠生物膜內部的缺氧區進行反硝化脫氮,不能保證反硝化效果;三是為保證 COD、 NH一N效果反應槽中 DO需保持較高水平,反硝化作用受到。

    2.3 污泥量分析
     
    為不影響反應器運行,在實驗末期對污泥量進行測定。方法 為:每個轉籠表面刮去 120 mm ×60mm的生物膜,直接烘干后稱重,求得單位面積上的生物量,進而可得出轉籠表面上的生物膜總量;在每個轉籠內取 15個 (1)38mm 和 30個 (I)25 mm多 面空心球填料,先烘干后稱重,掉填料上生物膜后再次烘干稱重,根據 2次稱重結果得出單個填料上附著的生物量,進而可得出填料上附著的生物總量;轉籠表面上的生物總量加上填料上的生物總量即為反應器中的生物總量。污泥量 的測定結果見表 2。

    由表 2可知 ,隨著水流方向,轉籠表面生物總量逐漸減少,填料上生物總量逐漸增多,單個轉籠中生物總量基本相同。分析原因,反應器宏觀上可視為完全混合式反應器,每個轉籠上的生物總量則基本相同;轉籠表面的微生物以異養菌為主,反應槽中各處 DO大致相同,但隨著污水流向,物濃度逐漸降低,異養菌的勢被削弱,所以,轉籠表面的生物膜量為 1 >2 >3 ,故填料上的生物量為 1 <2<3 

    由表 2可以看出,轉籠表面的生物量占反應器中總生物量的 27.8%,這表明污水中物主要由填料上的微生物完成,填料的掛膜效果對反應器的處理效果有決定性的影響。
     
    2.4 生物相觀察
     
    生物轉籠表面及填料表面微生物種群豐富。生物轉籠表面生物膜在實驗初期呈黑色,而后顏色逐漸變淺;實驗末期生物膜呈黃褐色,質密,部分生物膜底層呈黑色;填料表面生物膜也為黃褐色,比籠面上生物膜顏色略深。經 60d運行 后,取 3個轉 籠中的填料表面生物膜進行鏡檢,發現各轉籠中球面上生物相基本類似,原生動物、后生動物數量和種類較多,運動活躍,觀察到鐘蟲、累枝蟲、楣纖蟲、線蟲、草履蟲、輪蟲和大型后生動物,生物膜中體系發展完善,種群豐富。
    3 結 論
     
    (1)填料填裝率對生物轉籠反應器啟動及穩定運行至關重要,采用轉籠內 100%填裝填料 “快速排泥掛膜法”啟動,可在 13d內完成掛膜并穩定運行。
     
    (2)HRT對生物轉籠反應器物有明顯影響。HRT大于 4.5h,轉籠轉 速為 9~12r/min,進水 COD濃 度為 215.9~241.0 mg/L,NH 一N濃度為 22.1~24.0mg/L,TN濃度 為 30.3~33.9 mg/L,系統 COD和 NH-N率穩定在 85% 以上,可達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)一級 A標準要求;單級生物轉籠 TN率為21.3%一34.2%,率不高。
     
    (3)生物轉籠表面及多面空心球填料表面,微生物種群豐富,體系發展完善。

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