温度对悬浮载体流化床处理效能的影响.pdf

温度对悬浮载体流化床处理效能的影响 ＊ 霍保全 景长勇 王红芬 中国环境管理干部学院环境工程系, 河北 秦皇岛 066000 摘要 悬浮载体流化床是一种新型反应器。 介绍了该反应器的特点及试验方法, 并通过试验考察温度对悬浮载体流化 床处理效能的影响, 结果表明 温度对反应器去除 COD 效果影响不明显, 对氨氮和总氮的去除效果则有一定影响。 关键词 悬浮载体流化床; 温度; 生活污水; 脱氮 INFLUENCE OF TEMPERATURE ON REMOVAL EFFICIENCY OF SUSPENDED CARRIERS FLUIDIZED BED Huo Baoquan Jing Changyong Wang Hongfen Department of Environmental Engineering , Environmental Management College of China, Qinhuangdao 066000, China Abstract Suspended carriers fluidized bed is a new style reactor. It was introduced its characteristics and tests; and also the influence of temperature on removal efficiency of suspended carriers fluidized bed was studied. The test results indicated that the effect of temperature on COD removal was not apparent, and temperature has a certain effect on ammonia and TN removal. Keywordssuspended carriers fluidized bed; temperature; domestic sewage; nitrogen removal ＊河北省教育厅 2008年度科研计划项目 Z2008477 。 悬浮载体流化床由上部的好氧区和下部的缺氧 区组成 ,好氧区中投加填料并挂膜, 兼具活性污泥法 和生物膜法的优点 。污水在一个反应器内就能完成 有机物和氮的去除, 实现污水处理一体化。温度是影 响生物处理系统效果的重要因素 , 随着温度的改变, 参与净化的微生物的种属与活性以及生化反应速度 都将随之而变化 。 1 试验 1. 1 试验装置 悬浮载体流化床工艺流程如图 1 所示 。 悬浮载体流化床反应器为有机玻璃制成 ,柱体内 径30 cm ,柱体高240 cm ,总有效容积为165 L 。其中上 部为好氧区, 高160 cm, 有效容积为110. 55 L ; 下部为 缺氧区,高度为80 cm, 有效容积为54. 45 L。反应器底 部设有排泥放空管 ,缺氧区设有三相分离器 ,通过位 于反应器中心的排气管与外部连接。曝气采用鼓风 曝气, 黏质砂块作为微孔曝气器, 可通过空气流量计 对曝气量进行调节。 1. 2 填料 填料是悬浮载体流化床反应器的核心部分,它作 1高位水箱; 2进水泵; 3空气流量计; 4进水流量计; 5调节阀; 6回流泵; 7空气泵; 8悬浮载体流化床; 9回流水箱。 图 1 悬浮载体流化床试验工艺流程 为微生物的载体影响着生物膜的生长繁殖和脱落过 程,它的性能直接影响和制约着处理效果 [ 1] 。填料内 部形成的好氧-缺氧微环境, 使反应器中实现同步硝 化反硝化有了可能。良好的填料需要满足以下特性 1 良好的水力学特性 ; 2 良好的挂膜性能 [ 2] ; 3 稳定 性; 4 成本低廉。填料的费用一般约占生物膜工程总 投资的30～ 40 以上 ,因此, 填料的性能价格比非 常重要。 该工艺采用的填料为聚丙烯材质 ,空心圆柱体, 内有十字支撑面 ,其结构 单个 如图 2 所示。填料外 径9. 65 mm , 内径 8. 30 mm, 比表面积 1 609. 6 m 2 m3 , 81 环 境 工 程 2009年 4 月第27 卷第2 期 成品质量0. 31 kg m 3 。该填料在外部及内部空隙均能 挂膜 主要挂膜区域为填料内部 , 具有比表面积大、 附着性能强、 生物膜不结团、 生物膜生长均匀 、 表面积 利用率高和生物量大等特点。 图2 填料 1. 3 试验用水 试验用水取自秦皇岛市开发区生活污水排水管 道。表1 为试验用生活污水水质 。 表 1 生活污水水质 平均值 温度 ℃ pH ρ COD mgL- 1 ρ TN mgL - 1 ρ NH 4-N mgL- 1 20 . 657 . 1523543. 133. 7 2 悬浮载体流化床的启动 生物反应器的启动运行是生物处理的关键技术 之一 。采用合适的启动方法, 迅速启动并进入稳定的 运行状态, 不仅可以缩短运行调试时间 , 还可以在发 生运行事故时采取有效的补救措施 。 悬浮载体流化床的启动主要包括两部分 反应器 内活性污泥的培养驯化和好氧区填料的挂膜。由于 反应器的启动阶段生活污水浓度不稳定 ,不利于微生 物的稳定生长和填料的挂膜。故在反应器的启动期 间向原生活污水中加入一定量的啤酒进行调节,使经 调节后的进水ρ COD 稳定在 300 ～ 400 mg L , 从而提 高了进水的有机物浓度和可生化性。为缩短反应器 启动时间, 污泥培养驯化和填料的挂膜同时进行, 即 在反应器中加入接种污泥的同时向反应器的好氧区 加入载体填料。20 d左右可见好氧区填料开始挂膜, 40 d左右填料挂膜基本成功 ,同时好氧区内悬浮污泥 活性较强 。 3 结果与讨论 温度一般通过两种方式影响生化反应,一方面温 度影响酶反应速度; 另一方面温度影响基质向细胞的 扩散速度 。对好氧生物膜反应器, 气体转移速率也随 温度的变化而变化。一般情况下, 生化反应中主要关 注的是中温菌 , 其在 10 ～ 35 ℃ 温度范围内生长良 好 [ 3] 。在试验进水流量25 L h ,曝气量50 L h ,硝化液 回流量 50 L h的条件下, 考 察了反应器在 25. 5 ～ 28. 3 ℃、 17. 4～ 25. 2 ℃、 11. 5～ 16. 5 ℃ 三种运行工况 下对 COD、 氨氮和总氮去除效果的影响。 3. 1 温度对COD去除效果的影响 3 种不同的温度条件下反应器对 COD 的去除效 果见图3。 图3 温度对 COD 去除率的影响 从图 3 中可以看出 , 温度对 COD 的去除率有一 定的影响 , 但影响不明显 。当温度在 25. 5 ～ 28. 3 ℃ 时,反应器对 COD 的去除率在 90. 71～ 93. 65, 平 均去除率高达 91. 32。虽然进水 COD 浓度变化较 大,但出水ρ COD 稳定在 15～ 26 mg L, 平均浓度为 19 mg L, 出水 水质 较 好。 当 温度 降低 到 11. 5 ～ 16. 5 ℃时, 反应器对 COD 的去除率有所下降 ,但处理 效果仍较好, 去除率变化范围为 84. 29～ 89. 18, 平均去除率为 87. 26。此时出水 ρ COD 范围为 18～ 33 mg L , 平 均 浓 度 为 23. 9 mg L , 仍 能 满 足 GB8978-1996污水综合排放标准一级标准。虽然 温度降低会使反应器内微生物活性降低 ,但由于该试 验阶段有机负荷较低 ,因此温度对 COD 去除率影响 不大 。 3. 2 温度对氨氮去除效果的影响 反应器对氨氮的去除率随温度的变化关系如 图4 所示。 从图 4 可以看出, 温度对氨氮的去除效果有一定 的影响。反应器内温度降低时 ,氨氮的去除率有明显 的下降 。当反应器内温度为 25. 5 ～ 28. 3 ℃时 , 氨氮 去除率为 86. 46～ 90. 81,平均去除率为 88. 52。 温度为 17. 4 ～ 25. 2 ℃时, 氨氮去除率为 84. 40 ～ 87. 37,平均去除率为 86. 15。当温度继续降至 11. 5～ 16. 5 ℃时, 氨氮去除率为 78. 74～ 80. 40, 82 环 境 工 程 2009年 4 月第27 卷第2 期 平均去除率降为 79. 68。这一结果表明温度对反应 器中硝化菌群的活性有一定的影响, 随着温度的降 低,反应器内硝化菌群增长速度和代谢活性下降, 使 得出水氨氮浓度升高 。 但在温度较低时 ,反应器仍能对氨氮有较好的处 理效果 ,主要是由于以下几方面的原因 1 .在化能 自养硝化细菌中 ,亚硝化杆菌和亚硝化球菌均适合在 2～ 40 ℃内生长, 硝化杆菌也适合在 5 ～ 40 ℃内生 长,对温度有一定的适应性。2 由莫诺德公式可知, 尽管硝化细菌对氨氮的最大基质降解速率随温度下 降而减小 , 但其饱和常数 Ks也随着温度下降而下 降,即硝化细菌对氨氮的亲合能力得到了加强 ,硝化 细菌对基质利用速率能保持一定的水平 ,同时硝化细 菌自身氧化分解速率随着温度降低而变小,能在较低 温度下利用较小的能量进行生长和繁殖 。 图 4 温度对氨氮去除率的影响 3. 3 温度对总氮去除效果的影响 反应器在 3 种不同的温度条件下对总氮的去除 效果如图 5 所示 。 图 5 温度对总氮去除率的影响 由图 5 可以看出温度对总氮的去除率影响较大。 当反应器内温度在 25. 5 ～ 28. 3 ℃时 , 进水总氮质量 浓度 在 29. 30 ～ 49. 70 mg L , 平 均 质 量 浓 度 为 39. 11 mg L ; 出 水 总 氮 质 量 浓 度 在10. 20 ～ 22. 25 mg L , 平 均 浓 度 为 16. 69 mg L ; 去 除 率 在 53. 16～ 65. 31, 平均去除率为 58. 21。 反应器 内温度降低后总氮去除效果明显下降 。当温度为 17. 4 ～ 25. 2 ℃时, 进 水 总 氮 平 均 质 量 浓 度 为 45. 29 mg L ,出水总氮平均质量浓度为23. 65 mg L, 平 均去除率为 47. 99。当温度为 11. 5 ～ 16. 5 ℃时 ,进 水总氮平均质量浓度为44. 55 mg L , 出水总氮平均质 量浓度为29. 55 mg L, 平均去除率为 33. 83。总氮 去除效果随温度变化趋势与氨氮相似,但其受温度影 响更大。试验结果表明 温度是影响硝化和反硝化的 重要因素, 当反应器内温度降低时, 硝化菌和反硝化 菌增长速度和代谢活性降低 , 从而使总氮去除率下 降。另一方面, 出水总氮浓度随进水总氮浓度的变化 而变化,说明反应器抗总氮冲击负荷的能力较差。 4 结论 温度对 COD去除效果影响不明显。氨氮和总氮 的去除效果则受温度影响较为明显 。温度是影响硝 化和反硝化的重要因素, 当反应器内温度降低时, 硝 化菌和反硝化菌增长速度和代谢活性降低,从而使氨 氮和总氮去除率下降 。 参考文献 [ 1] Kazuaki Hibiya, Akihiko Terada, Satoshi Tsuneda , et al. Simultaneous nitrification and denitrification by controlling vertical and horizontal microenvironment in a mem -brane-aerated biofilm reactor[ J] . Journal of Biotechnology ,2003, 100 1 23 -32. [ 2] Meganck M , Malnou D, Loflohie P, et al.The importance of the aidogenic microflora in biological phosphorus removal[ J] . Water Sci Tech, 2000, 22 3 211 -216. [ 3] 吕炳南, 陈志强. 污水生物处理新技术[ M] . 哈尔滨 哈尔滨工 业大学出版社, 2004 222 -230. 作者通信处 霍保全 066000 河北省秦皇岛市 中国环境管理干 部学院环境工程系 E -mail huobaoquan78 126. com 2008- 11-18 收稿 83 环 境 工 程 2009年 4 月第27 卷第2 期