厌氧/好氧生物床处理低碳源生活污水的研究_生物膜

论文导读:：本试验设计的生物床。沸石填料优于陶粒填料。陶粒：购自广州华穗陶粒厂。填料生物床优于污泥生物床。由于城市生活污水碳源偏低。脱氮除磷功能也很好。生物膜量为3天为一个周期的检测数值。
论文关键词：生物床，沸石，陶粒，污泥，生活污水，脱氮除磷，生物膜

 

目前，生物床处理污水的研究较多讨论曝气生物滤池对有机污染物及氨氮的处理问题^[1-4]，对磷等其它污染物的处理涉及较少，对厌氧/好氧生物床处理生活污水的研究就更显少数了。由于城市生活污水碳源偏低，碳、氮、磷比例失调^[5,6]，一般的活性污泥法或曝气生物滤池难以实现高效脱氮除磷，如何实现城市生活污水的高效脱氮除磷已成为很多研究者关注的问题。生物床处理相对活性污泥处理技术主要具有经济动力消耗低、容积负荷高及产生剩余污泥量少等优点，但结构复杂、操作运行不稳定^[7-10]。[１]本试验设计的生物床，在结构上通过合理的布水方式，使生物床的填料呈现一定的流态化，可避免生物滤床的堵塞问题。试验中考察了沸石、陶粒及污泥三种生物床厌氧/好氧处理污水的效果，结果表明，填料生物床优于污泥生物床，沸石填料优于陶粒填料。

1 材料和方法

1.1 试验装置和流程

生物床反应器采用内径为320mm，高为350mm的可密封塑料圆桶制成，采用有机玻璃胶进行加固密封。反应器底部支撑采用高度为50mm的耐腐蚀材料支架（在污泥生物床反应器内增加搅拌装置），内填生物填料的有效体积约为10000mL，高度约为120mm，反应器中污水的有效体积为约15000mL免费论文网。污水由上往下经布水管进入，形成一定的旋流生物膜，这既可以实现水质的均匀分布，还能在流经厌氧生物填料时使填料呈现一定的流态化，既可以防止填料堵塞，还能增加生物填料与污染物之间的接触反应，进而提高污染物去除效率。出水沉淀区距填料区上部约130mm处设置溢流出水口。此外，为防止污泥下沉，对污泥生物床底部装有搅拌装置，为防止可能出现的填料堵塞，还在沸石生物床、陶粒生物床底部进行反冲洗的设计。

图 1 试验流程图

Fig.1 Flow chart of the tests

图 2 试验流程图

Fig.2 Flow chart of the tests

试验流程如图2所示，试验用生活污水统一收集在集水箱，污水经计量泵进入恒压水箱，可通过设计水量的大小调节计量泵及回流开关来实现恒压水箱的恒定高度，恒压水箱中的污水经流量计控制进入厌氧生物床，经厌氧处理的污水由溢流出水进入下一级的好氧处理。此外，生物床底部设有以备反冲洗用的反洗装置。

1.2生活污水及生物填料

（1）生活污水：采自广州市某生活污水处理厂广州大学城泵站，为保证水质的相对稳定，早晚各采一次新鲜的生活污水，水质如表1所示。

表 1 生活污水水质

Table 1 Quality of the domesticsewage

（2）生物填料

1）沸石：采用产自广东省河源地区的斜发沸石，该沸石具有的微孔结构适合微生物生长繁殖，可作为优良的微生物载体。堆积密度约为2.6g/cm³，粒径为0.55~1.70mm。

2）陶粒：购自广州华穗陶粒厂，该陶粒同样具有适合微生物生长繁殖的微孔结构，堆积密度约为0.6g/cm³，粒径为3~5mm。

3）活性污泥：采自广州市沥滘生活污水处理厂二沉池的剩余污泥浓缩液，SS约为3000mg/L。

1.3 试验过程

本次试验运行的时间为七、八月份，运行环境温度为25~28℃。试验分三个阶段进行，第一阶段，在沸石和陶粒厌氧生物床中加一定体积的活性污泥进行菌种接种，在污泥生物床中加体积加约为10L的活性污泥，污水流量为20.8 mL/s，反应停留时间为12h，经厌氧驯化运行6天后，两次的生物膜量检测表明沸石和陶粒表面的生物膜生长速率较快，出水水质变清，污泥生物床污泥高度略有下降，出水水质略带浑浊，沉淀后变清；第二阶段，排净沸石和陶粒厌氧生物床中的接种污泥，再同时将三种生物床的污水流量和反应停留时间分别调节为41.7mL/s、6h，运行15天，经多次检测表明沸石和陶粒表面的生物膜量先呈增长趋势后渐渐保持平稳生物膜，污泥生物床污泥高度基本保持不变，表明三种生物床已基本驯化成熟；第三阶段，将三种生物床的污水流量和反应停留时间分别调节为83.3mL/s、3h，运行10天，沸石和陶粒表面的生物膜量及污泥床高度与第二阶段的情况基本保持一致。

1.4 样品采集和主要检测项目及方法

每隔二十四小时测一次水质，原水采自集水箱，出水采自厌氧反应器出水，COD_Cr、氨氮、硝酸盐氮及总磷（TP），生物膜量为3天为一个周期的检测数值。分析方法主要有：COD_Cr采用美国ET99718微电脑COD快速测定仪；氨氮采用纳氏试剂分光光度法，硝酸盐氮采用紫外分光光度法，总磷采用钼酸铵分光光度法，仪器均为日本岛津UV2450分光光度计；生物膜量采用灼烧减量法，仪器为上海SX2-5-12高温箱式电阻炉及高精度电子天平免费论文网。

2 结果与讨论

2.1 COD_Cr去除规律

如图3所示，厌氧沸石生物床的COD_Cr去除率由最初的70%上升至90%左右，再逐渐恢复至60%左右的水平，由于厌氧段较高的COD_Cr去除率，使得进入好氧段的有机污染物浓度已达到较低的限度，好氧段继续降解这部分有机污染物，这也使得沸石生物床始终保持着较高的COD_Cr去除率，出现这种现象的可能原因是：（1）沸石填料粒径比较细小，对颗

图 3 COD_Cr去除率变化曲线

Fig.3 Variation of COD_Cr removal

粒有机污染物有一定的截留的作用；（2）沸石本身具有的微孔结构及其吸附性可以吸附一定量的溶解性有机污染物；（3）在沸石生物膜生长初期，生物膜上吸附生长的微生物数量较少，但随着培养时间的增加，生物膜渐渐培养成熟，生物膜上生长的微生物数量处在比较稳定的状态。厌氧陶粒生物床的COD_Cr的去除率相对稳定，基本可以保持在40%以上，好氧段的COD_Cr去除率波动稍大，但总体水平可保持在60%以上，这可能是厌氧条件下陶粒生物膜生长得比好氧陶粒生物膜稳定的原因。厌氧污泥生物床的COD_Cr去除率相对较低，且处理效果不稳定，大部分的COD_Cr要在好氧段才能去除，总的去除率在60%左右。

2.2 氨氮去除规律

如图4所示，厌氧沸石生物床的氨氮去除率由最初的90%降至70%左右，而后趋向平稳，保持在40%左右，好氧段继续降解厌氧段剩余的氨氮，整个厌氧-好氧流程的氨氮处理效果呈先保持较高的去除率，再略有下降，稳定几天后，去除率上升，且保持在90%左右。这种现象的可能原因是：（1）沸石对氨氮具有较好的吸附去除效果^[11,12]生物膜，当达到吸附饱和后，氨氮的去除主要靠沸石表面对氨氮的“自我硝化”及

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