好氧浮動床生物膜反應(yīng)器運行參數(shù)的試驗研究

好氧浮動床生物膜反應(yīng)器運行參數(shù)的試驗研究

摘要浮動床生物膜反應(yīng)器，又稱為懸浮床生物膜反應(yīng)器，是近年發(fā)展起來的一種革新型生物膜法反應(yīng)器。該工藝的特點是生物膜生長在反應(yīng)器內(nèi)的懸浮填料上，這些填料隨反應(yīng)器內(nèi)混合液的混合翻轉(zhuǎn)作用而自由回轉(zhuǎn)移動。在好氧反應(yīng)器中這種混合翻轉(zhuǎn)動力由曝氣提供，而在缺氧反應(yīng)器內(nèi)則通過機械攪拌作用提供。好氧浮動床生物膜反應(yīng)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，它既能解決固定床反應(yīng)器易堵塞、需要定時反沖洗，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，又具有活性污泥法處理效率高、運行穩(wěn)定等優(yōu)點[1-3]。本文通過對采用中試規(guī)模的浮動床生物膜反應(yīng)器處理混合化工廢水的初步試驗研究，探索了該工藝對混合化工廢水的處理效果及其影響因素。

關(guān)鍵詞好氧浮動床生物膜反應(yīng)器運行參數(shù)

ATestofOperatingParametersofAnAerobicFloating-BedBiomembraneReactor

Abstract:Apilottestoffloating-bedbiomembranereactorforthetreatmentofmixedchemicalwastewaterwascarriedouttostudytheeffectsofHRT,sludgeloadingrateandtemperatureonthetreatmentperformanceofthereactorandtheresultsofthetreatment.TheresultsshowedthatwhentheHRTwas13.4hrs,hrs,hrsandhrs,theaverageremovalrateofCODcr,was74%,77%,77%and81%respectively；whenthesludgeloadingratewaswithintherangeof～[BOD5]/(kg[MLSS].d),theremovalrateofBOD5tendedtoincreasefirstandtodecreasethen;andwhenthewatertemperaturewas8℃～10℃andtheHRTwashrs～hrs,theCODcrremovalratewas57.7%～65.8%andtheremovalrateofBOD5was%～%.

Keywords:chemicalwastewater;wastewatertreatment;floatingbed;biomemembranereactor;suspendedpacking

浮動床生物膜反應(yīng)器，又稱為懸浮床生物膜反應(yīng)器，是近年發(fā)展起來的一種革新型生物膜法反應(yīng)器。該工藝的特點是生物膜生長在反應(yīng)器內(nèi)的懸浮填料上，這些填料隨反應(yīng)器內(nèi)混合液的混合翻轉(zhuǎn)作用而自由回轉(zhuǎn)移動。在好氧反應(yīng)器中這種混合翻轉(zhuǎn)動力由曝氣提供，而在缺氧反應(yīng)器內(nèi)則通過機械攪拌作用提供。好氧浮動床生物膜反應(yīng)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，它既能解決固定床反應(yīng)器易堵塞、需要定時反沖洗，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，又具有活性污泥法處理效率高、運行穩(wěn)定等優(yōu)點[1-3]。本文通過對采用中試規(guī)模的浮動床生物膜反應(yīng)器處理混合化工廢水的初步試驗研究，探索了該工藝對混合化工廢水的處理效果及其影響因素。

1試驗材料與方法

懸浮填料

本試驗采用國產(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50mm，高度100mm，比表自積為278m2／m3，密度為－／cm3。

試驗流程及裝置

浮動床生物膜反應(yīng)器采用鋼板焊接而成，整體尺寸為：長×寬×高=××，沿縱向等分為4格，有效水深，總有效容積，填料填充率為50％，即占反應(yīng)器有效容積的二分之一；采用穿孔管曝氣。

試驗用水

初期試驗進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)實際情況作了相應(yīng)調(diào)整，進水取自污水廠的調(diào)節(jié)池，取消高位水箱改為直接通過均質(zhì)配水池自流進水。試驗過程中未設(shè)置二次沉淀池，出水靜置2h后，取上清液測試。

2啟動與掛膜

首次試驗在1999年7月，取某生活污水處理廠儲泥池污泥投入反應(yīng)器，連續(xù)進出水，水力停留時間控制在8h左右，開始曝氣。因原污泥儲存時間較長，活性較差，幾乎無原生動物，經(jīng)10d后，填料上基本無生物膜形成；重新投加污泥接種，污泥取自桃浦工業(yè)區(qū)內(nèi)的上海三維制藥廠維生素C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。

第二階段試驗在2000年12月開始，流程改為自流進出水后，采用自然培養(yǎng)的方法進行啟動：將已露天堆放達(dá)20d的舊填料作為載體置于反應(yīng)器中，水力停留時間控制在6－7h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(10—18℃）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)基本趨于穩(wěn)定，認(rèn)為啟動、掛膜已經(jīng)完成。

3試驗結(jié)果與分析

水力停留時間對處理效果的影響

水力停留時間是浮動床生物膜反應(yīng)器的主要工藝參數(shù)，它直接影響反應(yīng)器的水力學(xué)特性和污染物負(fù)荷狀況，試驗過程中考察了平均進水水質(zhì)CODcr的質(zhì)量濃度為－926mg／L，BOD5與CODcr的質(zhì)量比在以上，pH值在6－9范圍內(nèi)，平均水溫在18℃以上，不同水力停留時間時，CODcr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間條件下連續(xù)運行的進、出水CODcr值及去除率的變化。

結(jié)果表明：

①隨著水力停留時間的增加，CODcr去除率呈上升趨勢，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)，延長水力停留時間有利于世代期長的微生物生長。另一方面，水力停留時間長，水力負(fù)荷小，能防止出水夾帶脫落的生物膜流出，影響出水水質(zhì)。但CODcr去除率隨停留時間的延長上升較為緩慢，無限制地延長勢必消耗較高的能源，同時，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)濟與實際要求建議停留時間控制在15h左右。

②在水力停留時間一定的條件下，CODcr去除率隨著進水CODcr濃度的增加而提高，隨著CODcr濃度的減少而降低。這里因為在水力停留時間一定時，進水底物濃度提高時浮動床生物膜反應(yīng)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。

污泥負(fù)荷對處理效果的影響

試驗過程中BOD5污泥負(fù)荷范圍為－［BOD5］／。圖2為不同污泥負(fù)荷條件下BOD5的去除率，隨著污泥負(fù)荷的提高，BOD5去除率首先呈上升趨勢而后呈下降趨勢。這是因為當(dāng)污泥負(fù)荷在一定范圍內(nèi)提高時，填料上的生物膜內(nèi)異養(yǎng)微生物由于生長與代謝受進水有機底物的控制，隨著BOD5污泥負(fù)荷升高，水中的營養(yǎng)物水平上升，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，使有機物的降解速率加快，BOD5的去除率上升。當(dāng)污泥負(fù)荷超過一定范圍時，異養(yǎng)微牛物的代謝不再受進水有機底物控制，生物膜的增殖速率不再隨污泥負(fù)荷增加而增加，BOD5的去除率反而下降。

溫度對處理效果的影響

穩(wěn)定運行階段，對反應(yīng)器考察了典型高、低溫條件下的CODcr、BOD5的去除效果。其試驗數(shù)據(jù)見表1。

表1典型高、低溫條件下的試驗運行數(shù)據(jù)溫度／℃停留時間／hρ(CODcr)/()CODcr去除率／％ρ(CODcr)/()BOD5去除率／%m(BOD5):m(CODcr進水出水進水出水進水出水

試驗結(jié)果表明：

①水力停留時間條件相近時，溫度是影響有機物去除率的主要因素，在停留時間為，12h時，水溫在9℃，30－33℃時，CODcr去除率分別為％，78％－80％，BOD5去除率分別為％，91％－95％。

②水溫在8－10℃時，停留時間為－15h，CODcr處理效率在％－％之間，BOD5去除率在%－％之間，說明浮動床填料生物膜反應(yīng)器在低溫條件下仍然有較高的處理效率。

反應(yīng)器接觸反應(yīng)特征

將浮動床生物膜反應(yīng)器沿縱向分成4格，廢水進入反應(yīng)器后呈推流狀態(tài)至出水，但在每格中又因填料在曝氣池中自由浮動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CODcr沿縱向的變化如表2所示。

表2CODcr沿反應(yīng)器縱向的變化溫度/℃反應(yīng)器停留時間/hρ/（)進水1#格2#格3#格4#格7192181176

由表2可知CODcr沿縱向呈明顯遞減趨勢，第1格CODcr的質(zhì)量濃度顯著低于進水CODcr的質(zhì)量濃度。表明浮動床反應(yīng)器呈現(xiàn)推流反應(yīng)器的特征，對應(yīng)的單格又基本達(dá)到完全混合狀態(tài)，污水進入反應(yīng)器后即迅速被混合稀釋。這種接觸反應(yīng)流態(tài)使反應(yīng)器中微生物分級明顯，有利于形成高級種群。種屬的微生物，又能強化污染物。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生物相檢測與分析

反應(yīng)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，溫度較高條件下污泥性狀良好，并有大量細(xì)菌和少量原生動物和小型后生動物出現(xiàn)；而在溫度較低時進行啟動。掛膜到穩(wěn)定運行后的3個月內(nèi)，混合液中只有少量細(xì)菌、藻類，偶然可見原生動物活體。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，以及原生動物和小型后生動物，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)狀結(jié)構(gòu)。

兩個階段的穩(wěn)定運行試驗過程中發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)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現(xiàn)象明顯，第1級生物膜呈深灰色，第2級呈灰色，第3、第4級呈灰褐色，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，外表面幾乎沒有生物膜，膜的粘性較大。

通過對試驗數(shù)據(jù)結(jié)果分析和生物相觀察表明，反應(yīng)器內(nèi)對污水處理起主要作用的是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始終保持著很高的生物活性，填料外表面由于受到較大水力剪切力和沖刷作用致使基本無生物膜生長。

5結(jié)論

①好氧浮動床生物膜反應(yīng)器處理混合化工廢水具有較好的處理效果，停留時間在，，，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)濟與實際要求的關(guān)系建議停留時間控制在15h左右；低溫條件下的試驗表明反應(yīng)器在停留時間為15h能保證低溫條件下的處理效率。

②好氧浮動床生物膜反應(yīng)器具有推流反應(yīng)器和完全混合反應(yīng)器的特征，這種接觸反應(yīng)流態(tài)使反應(yīng)器中微生物分級明顯，有利于形成高級種群、種屬的微生物，又能強化污染物、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：

[1]CHJoHnson,MWPage,LBlaha.Fullscalenovingbedbiofilmreactorresultsfromrefineryandslaughterhousetreatmentfacilities[J].WatSci＆Tch,2000,41(4-5):401-407.

BRusten,BGHellstrom,FHellstrom,etal.PiolottestingandpreattheFREVARwastewatert