新型填料曝气生物滤池处理生活污水的研究

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第23卷第9期
2007年5月
中国给水排水
CHINAWATER&WAsrEWATER
V01.23No.9May2007
新型填料曝气生物滤池处理生活污水的研究
兰善红1’。,
陈锡强1,
梁谋会1,
张炽辉1
(1.东莞理工学院化学与生物工程系,广东东莞523808;2.中国科学院广州地球化学
研究所。广东广州510640)
摘要:
1.5
采用以粉煤灰固定化絮凝剂颗粒为填料的曝气生物滤池处理生活污水,考察了水力
负荷、气水比及进水有机物浓度对COD和氨氮去除效果的影响。结果表明,在水力负荷为1.1—
m3/(m2・h)、气水比为4:1、进水COD<453.26mg/L的最佳条件下,系统对COD和NH,一N的去除率分别大于93%和90%。曝气生物滤池对有机物的去除主要发生在厚度<40cm的下层填料中,厚度为40—80cm的填料主要承担对氨氮的去除作用。
关键词:
粉煤灰;
固定化絮凝剂颗粒;文献标识码:C
曝气生物滤池
文章编号:1000—4602(2007)09—0077—04
中图分类号:X703
Research
on
BiologicalAeratedFilterUsingNew
Media
for
DomesticSewageTreatment
LANShan—hon91’2,CHENXi—qian91,LIANGMou—huil,ZHANGChi—huil
(1.Dept.of
ChemicalBiotechnology,DongguanUniversityof
Technology,Dongguan523808,
China;2.GuangzhouInstituteof
Geochemistry,ChineseAcademy
of
as
Sciences,Guangzhou
510640。China)
Abstract:logicalaerated
Flyashimmobilizedflocculatingagentparticle
was
used
new
typeofmediaforbio—
filter(BAF)to
treat
domesticsewage.Theeffectsofhydraulicload,air/waterratio,or—
ganicconcentrationininfluent
on
removaleffieienciesofCODandNH3一Nwere
to
investigated.The
results
showthatundertheoptimalconditionsofthehydraulicloadingof1.1
ratioof4:1
1.5
m3/(m2・h),the
air/water
andthein_fluentCODconcentrationoflessthan453.26ms/L,theresultingremovaleffi-
over
cienciesofCODandNH3一Nreach93%and90%respectively.OrganicremovalinBAF
Occurs
within40cmthicknessoftheval.
Keywords:
flyash;
media,andthemediaof40-80cmthicknessisusedforNH3一Nremo—
immobilizedflocculatingagentparticle;biologicalaeratedfilter
曝气生物滤池(BAF)是一种新型高负荷固定床生物膜反应器,它具有抗冲击负荷能力强、占地面积小、水力停留时间短、硝化效率高、出水水质好等优点[1-31。目前,该工艺中的填料大多采用粒状陶粒,有研究者使用火山岩、贝壳、膨润土等为填料,也取得了较好的水处理效果H曲1。笔者采用粉煤灰固定
化絮凝剂颗粒为填料,考察了水力负荷、气水比及进水有机物浓度对曝气生物滤池除污效果的影响。
粉煤灰固定化絮凝剂颗粒是以粉煤灰为主要原料,经固相反应聚合而成的集絮凝、吸附、氧化作用于一体的多微孔固体材料。在处理污水时,夹聚在多微孔固态材料中的絮凝、氧化组分能被缓慢地释
基金项目:东莞市科研发展基金资助项目(20041028)
方数据 
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中国给水排水
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放出来,并与水中污染物发生反应,以达到除污的目的"、8]。填料中絮凝、氧化组分的作用力长久,反应后,水中的残留絮体可被多微孔固体填料截留去除p3;且粉煤灰颗粒反应后会使污水呈碱性,可作为硝化反应的碱度来源。另外,粉煤灰来源广泛,以其为原料制作水处理填料可以变废为宝,具有良好的经济效益和环境效益。
为在挂膜期间的正常水力负荷下运行。挂膜期间所采用的水力负荷约为0.9m3/(m2・h),水力停留时间为2.2h,气水比为4:1。挂膜7d后开始测试水质指标,第20天时肉眼可见填料表面附着有淡黄色生物膜并有丝状絮体,显微镜下发现填料表面有浅色菌胶团、丝状菌和固着型纤毛虫,此时出水清澈,BAF对COD的去除率>70%,但对氨氮的去除率只有57.35%;挂膜约35d时,对NH3一N的去除率>73%,认为挂膜成功。
1试验部分
1.1
试验装置
试验采用上流式曝气生物滤池,装置如图1所
2结果及分析
2.1
刁≮o
水力负荷对除污效果的影响在进水COD为175.23~192.15
mg/L、NH3一N
——1

出办
为22.34—27.21ms/L、气水比为4:1的条件下,考察了水力负荷分别为0.5、0.8、1.1、1.5、2。0、2.5m3/(m2・h)时,BAF对COD和NH,一N的去除率,结果如图2所示。
×
图1试验装置
Fig.1
1取‘样]口


-J
Sebemalic
dia鲫of


experimental阳t-up
BAF由有机玻璃制成,总高度为2.8m,内径为
150
ram;底部为气水混合室,高度为0。3nl。柱内填
水力负荷/(m3’m-2‘h-’
充有粒径为10mm的粉煤灰固定化絮凝剂颗粒,填充高度为2.0m;在填料区每隔20cm设一个取样口。反冲洗采用气水联合反冲的方式,反冲洗气量为300~500L/h、水量为100—150L/h、周期为24
—72
图2水力负荷与污染物去除率的关系
Fig.2
Relationshipbetweenhydraulicloadingand
l七movalrateofpollutants
h、反冲时间为20—30
rain。
图2表明,系统对COD和NH,一N的去除率随水力负荷的增大呈现出先升高后降低的趋势;在水力负荷为1.1—1.5m3/(n12・h)时,系统的除污效果较好,对COD的去除率>93%,对NH3一N的去除率>90%。经分析其原因为:水力负荷很小时,相应的滤速也较低,气、水在反应器内的传递阻力较
1.2试验水质
原水取自东莞理工学院校园生活污水,其水质见表1。所有水质指标均采用标准方法测定。
表1原水水质
Tab.1
Qualityof
COD/
rawwastewater
指标
BOD5/
氨彩
(trig・L。)
大,易造成气、水分布不均,出现沟流;另外,水力负荷很小时的有机负荷也很低,导致微生物生长、繁殖所需的营养物质不足,从而使系统的除污效果较差n0I。随着水力负荷的提高,有机负荷也得到提高,这不仅使反应器中的传质条件得到改善,而且促进了生物膜的生长;同时,较大的水力负荷加强了水流对填料表面生物膜的冲刷,促进了生物膜的更新,增强了微生物活性,从而提高了系统的除污效果。但当水力负荷提高到一定程度时,水流对填料的冲
pa
(nag・L一)
(mg・L。)
范围6.8~8.1101.23~336.4565.41—123.5312.45~46.78
均值
7.4225.2390.2925.47
1.3填料挂膜
将取自东莞市污水处理厂的活性污泥3L投入曝气生物滤池,加入污水至高出填料20cm,调节气体流量计使曝气量为0.3L/rain,每天停曝12h,排除部分上清液后添加适量污水,连续闷曝3d后转
方数据 
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兰善红,等:新型填料曝气生物滤池处理生活污水的研究第23卷第9期
刷力过大,易造成生物膜脱落,高速水流容易将脱落的生物膜连同被截留在填料缝隙间的悬浮物一起带出滤池,从而造成出水浑浊,导致系统的除污效果降低。试验确定的较佳水力负荷范围为1.1—1.5
in3/(In2・h)。
物浓度,考察了进水COD分别为101.23、189.34、
279.52、354.12、453.26、532.17
mg/L时,系统对
COD和NH,一N的去除率,结果如图4所示。
2.2气水比对除污效果的影响
在水力负荷为1m3/(m2・h)的条件下(HRT=



h),考察了气水比分别为(1:1)、(2:1)、(3:1)、
(4:1)、(5:1)、(6:1)时BAF对COD和NH3一N的去除率,结果如图3所示。
99。585
进水COD/(mg。L_1)
图4进水COD浓度与污染物去除率的关系
Fig.4
RelationshipbetweeninfluentCODand
rate

稍6750
nMn洲
ofpollu扭nts
从图4可以看出,系统对COD和NH,一N的去除率在进水COD浓度较低时会随着进水COD浓度
l:l
2:l
3:l
4:l
5:l
6:l

气水比
的增加而增加,在进水COD>354.12mg/L后,系统对COD的去除率开始下降,当进水COD>453.26mg/L后,系统对NH,一N的去除率开始下降。经分析其原因为:提高进水有机物浓度,使微生物可利用的营养物质增加,促进了微生物的生长、繁殖,反应器中生物量增加,从而提高了反应器的除污能力。但有机负荷过高时,微生物需氧量随之增加,气水比成为微生物降解污染物的限制因素;另外,过高的有机物浓度超过了生物膜的分解能力,部分未被降解的有机物随水流出,导致了系统对有机物去除率的降低;对于NH,一N的去除,当有机物浓度增加到一定程度时,会影响到硝化菌的生长,从而导致系统对NH,一N的去除率下降。
2.4填料层高度对除污效果的影响
由于分解有机物和氨氮的微生物类型不同,前者属异养型、后者属自养型,因此它们对生长环境的要求不同,结果使它们在填料层不同高度处的分布不同,从而导致BAF不同高度处对有机物和氨氮的去除率不同【11|。在进水COD平均为223.14
mg/L、
图3气水比与污染物去除率的关系
Fig.3
Relationshipbetwe明alr-waterratioand
r咖刹rateof
pollutants
从图3可以看出,当气水比为4:1时,系统对COD和NH,一N的去除率最高,分别为94.5%和90.4%;当气水比<(4:1)时,系统对COD和NH,一N的去除率随气水比的增加而增大,当气水比>(4:1)时,系统对COD和NH,一N的去除率随气水比的增加呈下降趋势。这是由于BAF采用连续曝气的方式,反应器中氧气的传输主要是通过界面转移的途径,即气泡中的氧气与生物膜表面直接接触而被微生物利用。根据双膜理论,氧气传递的速率由气、液两相间膜的阻力决定,因此气水比越大则膜间的传质阻力越小,生物膜内的溶解氧浓度越高;气水比过小则水中的溶解氧浓度较低,不利于好氧菌的繁殖生长,其活性也随之降低;但气水比过大时,反应体系中氧的浓度因受溶解度的限制而不再增加,且过强的湍流会造成填料上生物膜的脱落,降低了微生物的总量,从而使系统的除污效果降低。此外,曝气量过大,动力消耗也会随之增加。本试验条件下确定的最佳气水比为4:1。2.3进水有机物浓度对除污效果的影响
在水力负荷为1.1m3/(m2・h)、气水比为4:1的条件下,通过稀释或投加营养物来改变进水有机
NH,一N平均为30.23mg/L、气水比为4:1、水力负荷为1.1m3/(m2・h)的条件下,BAF的除污率随填料层高度的变化如图5所示。
从图5可以看出,填料层下部为异养菌活跃层,以降解有机物为主,最下层40cm厚的填料对COD的去除率高达65.2%;填料厚度>40cm后,随着填料厚度的增加则对COD的去除率提高速度变慢,填
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中国给水排水
参考文献:
[1]
www.watergasheat.com
料厚度为120cm时,对COD的去除率为88.5%;当填料厚度>120om后,COD去除率的增加非常有限。这是因为此时水中的COD已降至40mg/L左右,微生物的营养不足而影响到处理效果。在最下层40cm处对NH,一N的去除率明显低于对COD的,仅为40.6%;填料厚度为40~80cm时,随填料层厚度的增加对NH,一N的去除率增加较快,填料厚度为80cm处的去除率为80.27%;当填料层高度>100cm后对NH,一N的去除率增加速率明显减慢。这说明硝化菌的活跃层高度比异养菌的高,因为硝化菌的比增长速率低,世代周期长,与异养菌相比属于弱势菌种,污水首先流经填料层下部,高浓度有机物使异养菌大量繁殖,抑制了硝化菌的生长;随着污水向上流过填料层,有机物被降解,其浓度逐渐降低,硝化菌才开始正常代谢、繁殖。
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图5填料层高度与污染物去除率的关系
Fig.5
Relationshipbetweenthicknessofmedialayerand
removal
rate
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ofpollutanta
3结论
①以粉煤灰固定化絮凝剂颗粒为填料的曝气生物滤池,在水力负荷为1.1~1.5m3/(m2・h)、气水比为4:1、进水COD<453.26ms/L时具有很好的污水处理效果,对COD和NH,一N的去除率分别大于93%和90%。
②曝气生物滤池不同高度处对有机物和氨氮的去除率不同,对有机物的降解主要发生在厚度<
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WaterRes,2000,34(16):4081—4089.
电话:(0769)22691469
E—mail:llsshhh@163.corn
cm的下层填料中,厚度为40~80cm的填料主
通讯地址:523808东莞理工学院化学与生物工程系
收稿日期:2006—11—15
要承担对氨氮的去除作用。
方数据 
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新型填料曝气生物滤池处理生活污水的研究
作者:作者单位:
兰善红陈锡强梁谋会张炽辉LANShan-hongCHENXi-qiangLIANGMou-huiZHANGChi-hui
兰善红,LANShan-hong(东莞理工学院,化学与生物工程系,广东,东莞,523808;中国科学院,广州地球化学研究所,广东,广州,510640陈锡强,梁谋会,张炽辉,CHENXi-qiang,LIANGMou-hui,ZHANGChi-hui(东莞理工学院,化学与生物工程系,广东,东莞,523808中国给水排水
CHINAWATER&WASTEWATER2007,23(98次
刊名:英文刊名:年,卷(期:被引用次数:

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