基于污泥转移的SBR工艺污泥沉降性能研究.pdf

跌水曝气生物滤池的挂膜与启动研究 * 陈一辉 1 李伟民 1 伍培 2 刘火安 3 张勤 1 1． 重庆大学城市建设与环境工程学院，重庆 400045;2． 重庆科技学院建筑工程学院，重庆 401331; 3． 重庆科技学院化学化工学院，重庆 401331 摘要 为实现污水的无能耗处理， 根据“跌水曝气式生物滤塔” 专利设计制作了 5 层跌水曝气生物滤池， 对其在生活污 水处理过程中的自然挂膜过程进行研究， 分析了挂膜过程中生物相的变化及对 COD、 NH 4 -N 的去除效果。试验结果 表明 COD 的去除主要集中在滤池的中上部 第 1、 2、 3 滤料层 ， 而对 NH 4 -N 的去除主要集中在中下部 第 4、 5 滤料 层 。当 COD 的去除率稳定在 61. 5 左右， NH 4 -N 的去除率稳定在 56 以上， 且滤料中的生物相趋于稳定时， 标志 着反应器挂膜已完成， 历时约 21 d。 关键词 跌水曝气; 生物滤池; 自然挂膜 BIOFILM ATION AND STARTUP OF BIOLOGICAL FALLING WATER AERATED FILTER Chen Yihui1Li Weimin1Wu Pei2Liu Huoan3Zhang Qin1 1. School of Urban Construction and Environmental Engineering，Chongqing University，Chongqing 400045，China; 2． School of Building Engineering，Chongqing College of Technology，Chongqing 401331，China; 3． School of Chemistry and Chemical Engineering，Chongqing College of Technology，Chongqing 401331，China AbstractTo realize non-energy consumption domestic sewage treatment，the biological falling water aerated filter was developed and a biofilm ation experiment was conducted． The alternations of biofacies and the treatment efficiency of COD and NH 4 -N were analyzed． The results show that COD is mainly removed on the top and middle layers of the biological falling water aerated filter， and the removal of NH 4 -N is mainly at the bottom of it． When the removal rate of COD is steady at 61. 5 ， the removal rate of NH 4 -N is also steady at 56 ， and the biofacies are steady， the biofilm is ed． The whole process lasts about 21d． Keywordsfalling water aeration;biological filter;natural biofilm ation * 重庆市建设科研项目 城科字 2008 第 77 号 。 0引言 目前， 中国小城镇建设已进入了高潮， 然而小城 镇环境问题日益凸显， 污染类型十分复杂， 基础设施 建设严重滞后， 这一方面是由于资金不足， 投资力度 不够， 更重要的原因是现在的污水处理工艺能耗大， 运行费用高， 造成多地陷入污水处理项目“建不起” 或“建得起， 用不起” 的困境 ［1- 4］。为此， 在大量的污水 处理工艺和设施的能耗能效研究后， 将跌水曝气技术 和传统的塔式生物滤池 ［5］工艺相结合， 开发了跌水曝 气生物滤池工艺， 并对其挂膜启动过程进行了研究。 1试验部分 1. 1试验装置 跌水曝气生物滤池为自行研制， 已获得国家实用 新 型 专 利 跌 水 曝 气 式 生 物 滤 塔，专 利 号 201020207090. 9 ， 滤池的外部骨架材料为角钢， 以保 证整个滤池结构的稳定性。骨架内部是由 PVC 材料 粘成的滤料框。各滤料框的尺寸为长 宽 高 600 mm 480 mm 400 mm。各个滤料层里交错地布置 着 PVC 材料折流挡板。整个装置共有滤料层 5 层， 各层上下交错布置。试验装置如图 1 所示。 1. 2试验材料 1. 2. 1滤料 跌水曝气生物滤池的滤料框内装填生物陶粒滤 料， 其技术参数见表 1。 1. 2. 2试验水质 试验用水系重庆大学 B 区校园的生活污水， 其 水质情况见表 2。 64 环境工程 2012 年 6 月第 30 卷第 3 期 图 1跌水曝气生物滤池示意 表 1生物陶粒主要性能参数 粒径 / mm 堆积密度 / gcm － 3 密度 / gcm － 3 比表面积 / m2g － 1 内部孔隙率 3 ～ 60. 891. 564. 110. 09 表 2试验水质 mg/L 项目ρ CODρ NH 4 -Nρ SS 范围221. 8 ～ 355. 354. 5 ～ 82. 456 ～ 85 均值283. 067. 974 1. 3挂膜方法 挂膜的方式通常有接种法和自然挂膜法， 自然挂 膜法的形式有 1 在设计流量下直接进行自然挂膜; 2 对连续流反应器首先进行间歇运行， 然后逐渐增 大流量至设计流量; 3 首先以小流量进水， 逐渐增大 流量直至设计流量， 进行连续培养 ［6- 7］。 三峡库区小城镇污水处理厂分布分散、 交通不 便， 寻找菌种以启动生物滤池往往不易， 所以研究跌 水曝气生物滤池的自然挂膜启动过程具有一定的实 践意义。本试验采用先以 0. 8 m3/d 的进水流速 全 滤池水力停留时间为 11. 25 h ， 然后每日增大流速 1 mL/s 直至达到设计流量 2. 5 m3/d 的挂膜方法。 2结果与讨论 2. 1生物相分析 反应器启动 5 d 左右， 滤料表面出现了部分淡绿 色物质， 镜检发现其为藻类; 第 10 天时， 滤料表面出 现絮状附着物， 镜检可以观察到大量丝状菌和菌胶 团， 而其他微生物则较少存在; 第 15 天时， 各滤料层 表面附有膜状物的滤料厚度明显增加 第 10 天不足 7 cm， 第 15 天达 15. 5 cm ， 且表面呈深褐色， 镜检发 现有少量钟虫、 纤毛虫; 到第 19 天时， 滤料及出水中 的泥腥味较大， 还发现灰蝇等小动物也在滤池内生长 繁殖; 到第 21 天时， 滤料表面的生物膜大量增加并逐 渐厚实， 各滤料层覆膜的滤料厚度均超过 20 cm， 且 镜检发现有大量的累枝虫和部分线虫， 这标志着生物 膜已基本成熟。 2. 2污染物去除效果分析与讨论 系统挂膜历时约 21 d， 取得有效的监测数据 16 组， 开始挂膜时， 以 9 mL/s 的流速进水， 每天 13 00 取样完毕后， 调节进水阀将进水流速增大 1 mL/s， 前 5 d 未对水质进行监测， 从第 6 天开始， 每天定时取样 监测各滤料层水质指标 从上到下各滤料层出水分 别以 1 出、 2 出、 3 出、 4 出、 5 出表示 。 2. 2. 1对 COD 的去除效果 进水、 各滤料 层 出水 COD 浓度的变化情况见 图 2、 图 3。 图 2进水及各滤料层出水 COD 的变化 图 3各滤料层对 COD 的去除率 74 环境工程 2012 年 6 月第 30 卷第 3 期 由图 2 可知 第 1 滤 料 层 出 水 COD 为 179 ～ 317. 5 mg/L， 平均为 232. 3 mg/L; 第 2 滤料层出水 COD 为 148. 7 ～ 284. 7 mg/L， 平均为 195. 3 mg/L; 第 3 滤 料 层 出 水 COD 为 126. 1 ～ 257 mg/L， 平 均 为 167. 6 mg/L;第 4 滤 料 层 出 水 COD 为 108. 4 ～ 236. 9 mg/L， 平均为 146. 5 mg/L; 第 5 滤料层出水 COD 为 93. 3 ～ 219. 3 mg/L， 平均为 132. 2 mg/L; 在反 应器启动 15 d 后， 跌水曝气生物滤池第 5 滤料层出 水 COD 日 趋 稳 定， 均 不 超 过 110 mg/L， 可 达 GB 189182002城镇污水处理厂污染物排放标准 三 级标准。 由图 3 可知 在第 614 天内， 同一滤层对 COD 的去除率呈小范围的波动; 但第 15 天后， 去除率相当 稳定。在启动第 17 天时， 第 1， 2， 3， 4， 5 滤料层对 COD 的 去 除 率 分 别 为 21. 0 、20. 0 、18. 0 、 16. 9 、 14. 3 ， 此时总去除率为 63. 1 。 从总体上看 COD 的去除主要集中在滤池的中 上部 第 1 滤料层、 第 2 滤料层、 第 3 滤料层 ， 滤池的 下部虽有一定的去除率， 但较中上部要低。其主要原 因是中上部的有机物浓度较下部高， 异养菌在有机物 浓度高时， 生长繁殖更快， 代谢活动更旺盛。 2. 2. 2对 NH 4 -N 的去除效果 进水、 各滤料层出水 NH 4 -N 浓度的变化情况见 图 4、 图 5。 图 4进水及各滤料层出水 NH 4 -N 的变化 由图 4 可知 第 1 滤料层出水 NH 4 -N 为 50. 8 ～ 73. 4 mg/L， 平 均 为 64. 3 mg/L; 第 2 滤 料 层 出 水 NH 4 -N 为 47. 2 ～ 68. 7 mg/L， 平均为 60. 2 mg/L; 第 3 滤料层 出 水 NH 4 -N 为 42. 4 ～ 66. 6 mg/L， 平 均 为 55. 7 mg/L; 第 4 滤 料 层 出 水 NH 4 -N 为 37. 7～ 64. 0 mg/L， 平 均 为 51. 0 mg/L; 第 5 滤 料 层 出 水 图 5各滤料层对 NH 4 -N 的去除率 NH 4 -N 为 33. 0 ～ 60. 8 mg/L， 平均为 45. 4 mg/L; 在 反应器启动前 17 天， 各滤料层出水随进水水质的变 化而波动; 在第 1821 天， 虽然 进水中 NH 4 -N 从 72. 9 mg/L 递增到 82. 4 mg/L， 但是跌水曝气生物滤 池第 5 滤料层出水中 NH 4 -N 不再随进水 NH 4 -N 的 升高而升高， 而是从 37. 2 mg/L 递减至 34. 2 mg/L， 表现出良好的 NH 4 -N 去除效果。 从图 5 可知 在第 14 天以前， 各滤层对 NH 4 -N 的去除率很低， 均不超过 11 。在第 15 天以后， 各 滤层的去除率有了显著的提高。反应器启动后的第 20 天， 第 1， 2， 3， 4， 5 滤料层对 NH 4 -N 的去除率分别 为 10. 6 、 11. 9 、 14. 3 、 15. 7 、 17. 5 ， 从各滤料 层对 NH 4 -N 的去除率来看， 中下部对 NH 4 -N 的去除 率较上部高， 这主要是因为在中上部去除有机物的异 养菌占了绝对优势， 硝化菌无法成为优势菌， 硝化反 应微弱。 反应器在挂膜初期对 NH 4 -N 几乎没有去除效 果， 其主要原因是 一方面， 硝化反应的适宜温度是 20 ～ 30 ℃ ， 15 ℃ 以下时硝化速率下降 ［8］， 而挂膜期 间的温度为 13 ～ 18 ℃ ， 温度偏低影响了硝化菌的活 性; 另一方面， 有机物浓度较高时， 异养菌生长代谢旺 盛， 自养型的硝化菌不能成为优势菌种， 只有当有机 物浓度降低且稳定后， 硝化菌才能成为优势菌， 硝化 反应才能顺利进行。 3结论 1 COD 的去除率稳定在 61. 5 左右， NH 4 -N 的 去除率稳定在 56 以上， 镜检发现有大量的累枝虫 和部 分 线 虫 时， 标 志 着 反 应 器 挂 膜 已 完 成， 历 时 约21 d。 下转第 54 页 84 环境工程 2012 年 6 月第 30 卷第 3 期 国内化工形式好转、 能源和环保产业政策的扶持以及 国外同行业技术的不断发展和应用市场的不断扩大， 多孔陶瓷材料产业在国内将会迎来更好的发展前景。 我们应该在借鉴国外成熟的研发技术的同时， 加强对 多孔陶瓷和高温除尘工艺的自主产权开发， 尽早摆脱 对国外技术的依赖， 在新材料技术和环保技术的耦合 方面完成独立化、 工业化、 商业化、 产业化。 参考文献 ［1］刘俊龙， 梁淑亮， 刘宇． 电除尘器在气烧石灰竖窑炉顶高温烟 气除尘中的应用［J］． 环境工程， 2004， 22 3 83- 84． ［2］谢锦秋． 陶瓷质除尘器在工业窑炉中的应用［J］． 佛山陶瓷， 2004 1 19． ［3］林庚， 倪文， 陈德平， 等． 陶瓷无机膜过滤除尘器的高温除尘机 理研究［J］． 中国矿业， 2007， 16 1 105- 107． ［4］朱苏敏． 绿色环保材料 多孔陶瓷［J］． 陶瓷， 2005 11 55- 59． ［5］薛友祥， 孟宪谦， 李宪景， 等． 热气体净化用的高温陶瓷过滤材 料［J］． 现代技术陶瓷， 2005 3 18- 22． ［6］胡鹏睿． 陶瓷过滤器除尘机理研究［D］． 南京 东南大学， 2005． ［7］吉武军． 陶瓷除尘器的研制［J］． 江苏冶金， 1999 2 85- 86． ［8］刘斌， 朱能， 杨昭， 等． 烧结金属高温除尘的实验研究［J］． 环境 工程， 2003， 21 1 41- 43． ［9］牛俊粉， 田贵山． 脱硫除尘一体化多孔陶瓷的制备与表征［D］． 淄博 山东理工大学， 2008． ［ 10］姬宏杰， 肖波， 杨家宽． 泡沫陶瓷过滤煤气技术研究［J］． 环境 污染治理技术与设备， 2003， 4 12 73- 75． ［ 11］谷磊， 刘有智， 申红艳， 等． 高温气体过滤除尘技术和材料开发 进展［J］． 化工生产与技术， 2006， 13 6 61- 63． ［ 12］向晓东， 柯了英， 杨振兴， 等． 高温烟尘陶瓷纤维过滤技术特性 及其应用评述［J］． 制冷空调与电力机械， 2008 1 78- 82． ［ 13］Pilz T． Particle properties relevant for hot gas cleaning with rigid barrier filters and their characterization at high temperature［C］/ / High Temperature Gas Cleaning， Third International Symposium on Gas Cleaning at High Temperatures， Karlsruhe 1996． ［ 14］陈武军， 杨国华． 陶瓷过滤器高温除尘技术的研究进展［J］． 宁 波大学学报 理工版 ， 2008 9 423- 427． ［ 15］姬忠礼， 时铭显． 高温陶瓷过滤技术的进展［J］． 动力工程， 1997 6 59- 65． ［ 16］况春江， 李强， 王浩． 高温除尘技术与节能减排［J］． 新材料产 业， 2007 12 34- 37． ［ 17］薛友祥， 王耀明． 多孔陶瓷材料引领国内过滤技术发展［J］． 中 国粉体工业， 2008 5 58- 61． ［ 18］惠晶， 徐廷相， 章利特， 等． 高温陶瓷过滤器正向流动与过滤过 程的数值计算［J］． 西安交通大学学报， 2005， 39 5 463- 467． ［ 19］姬忠礼， 郭建光． 负压区的存在对刚性陶瓷过滤器脉冲反吹性 能的影响［J］． 工程热物理学报， 2000， 21 1 58- 61． 作者通信处傅晓娜610065四川省成都市一环路南一段 24 号四 川大学望江校区建筑与环境学院 电话 028 85460916 E- mailfuxiaona19880112 hotmail． com 2011 － 09 － 05 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 收稿 上接第 48 页 2 挂膜启动期间， 跌水曝气生物滤池对 COD 的 去除主要集中在滤池的中上部， 而对 NH 4 -N 的去除 主要集中在中下部， 因此可以根据污水中 COD 与 NH 4 -N 的含量， 确定合理的滤池高度， 节省基建投资 费用。 3 运用自然挂膜法对陶粒滤料进行挂膜， 挂膜 时间短， 但滤池易堵塞， 后续建议以自然挂膜法对内 置式球形悬浮填料跌水曝气生物滤池挂膜启动效果 进行研究。 参考文献 ［1］杜康平． 三维立体跌水曝气一体化氧化沟［D］． 重庆 重庆大 学， 2008 2- 3． ［2］王左良． 跌水曝气 充氧 效果的影响因素试验研究［D］． 重 庆 重庆大学， 2006 1- 2． ［3］邓荣森， 王左良， 王涛． 跌水曝气系统在污水处理工艺上的运 用前景探讨［J］． 重庆建筑大学学报， 2007， 29 1 78- 84． ［4］陈一辉， 李伟民， 伍培， 等． 三峡小城镇污水处理厂运行现状分 析及适用污水处理工艺探讨［J］． 环境科学与管理， 2011， 36 2 54- 58． ［5］陈一辉， 伍培， 张勤， 等． 塔式生物滤池研究现状及应用前景分 析［J］． 科学咨询， 2010， 16 67- 68． ［6］段秀举． 一体化生物滤池处理城镇污水生产性试验研究［D］． 重庆 重庆大学， 2006 2- 3 ［7］杨婧雯， 江霜英， 刘昭丽． 上向流曝气生物滤池的低温启动实 验［J］． 水处理技术， 2011， 37 1 112- 115． ［8］张自杰， 林荣忱， 金儒林． 排水工程下册［M］． 4 版． 北京 中国 建筑工业出版社， 2000 308- 309． 作者通信处陈一辉400045重庆市重庆大学城市建设与环工学院 E- mail555wp555 163． com 2011 － 07 － 04 收稿 45 环境工程 2012 年 6 月第 30 卷第 3 期