SBBR工艺悬浮填料填充率优化试验

论文导读：是序批式生物膜反应器(SequencingBiofilmBatchReactor)的简称。分别投加两种不同的悬浮填料进行对比试验。填料填充率优化试验。生物膜，SBBR工艺悬浮填料填充率优化试验。
关键词：生物膜，悬浮填料，填充率
 

SBBR是序批式生物膜反应器(Sequencing BiofilmBatch Reactor)的简称，是在序批式活性污泥反应器(SBR)中引入生物膜的一种新型复合式生物膜反应器，兼具活性污泥法和生物膜法的优点。通过在SBR反应器内装填不同的填料，使活性污泥在填料上形成生物膜，生物膜在加大反应器内生物量和生物种类方面有更优的条件，并能保证世代较长的微生物(如硝化菌)的生存，利于硝化反应，而且生物膜载体从表面到内部存在溶解氧浓度的梯度现象，相应有好氧、缺氧和兼氧区状态，又为直接脱氮提供良好的环境[1]。论文写作，生物膜。

填料是生物膜的载体，是SBBR工艺的关键部位，它直接影响处理效果和建设费用，所以选定适宜的填料具有明显经济和技术意义[2]。目前应用于废水处理的生物填料主要有：固定式填料、悬挂式填料(软性填料、半软性填料、组合填料、弹性填料)、分散式填料(堆积填料、悬浮填料)、新型生物填料等几种类型[3]。其中悬浮填料作为一种新型填料，可直接向池内投加，无需填料支架(只须在排水口设置格网，防止填料流失)，挂膜后的密度接近于水，只需很小的气量即可均匀悬浮于水中，与其它填料相比，可节省投资，更新方便。填料在曝气条件下处于流化状态，这不仅使废水与填料上的生物膜广泛而频繁地接触，而且填料在流化过程中切割分散气泡，使布气趋于均匀，提高了氧利用率。论文写作，生物膜。另外，悬浮填料受到气流、水流的冲刷，老化的膜能自动脱落，随出水带走，保证了膜的活性，促进了新陈代谢[4]。基于悬浮填料的各项优点，本试验选用两种不同材质及形状的悬浮填料，在两个相同的SBBR反应器中进行填充率的优化试验。

1 材料与方法

1.1 试验装置

试验装置如图1所示。

图1 SBBR反应器示意图

Fig.1 Sketch of experimental equipment for SBBR

本试验采用两个相同的SBBR反应器，分别投加两种不同的悬浮填料进行对比试验。反应器由有机玻璃制成，长、宽、高分别为0.6 m、0.5m和0.6m，有效水深0.5m，总容积180L。论文写作，生物膜。反应器壁垂直方向不同高度设置排水口，用于取样和排水；在距离排水口1/5处设置隔离网，防止悬浮填料及截留的污泥在排水时随水流出；底部设置排泥管，用于排泥和放空；通过气泵及曝气砂头进行曝气，转子流量计控制曝气量。

1.2 试验水质

本试验所用污水取自河南周口莲花味精集团第一污水处理厂调节池。进水水质为：COD=640~2110mg/L，氨氮=66~185mg/L，pH=6.43~8.49。

1.3 悬浮填料

1#反应器选用圆筒状φ10mm改性聚乙烯填料(图2(a))，它采用了亲水性材料和生物酶促进剂配方，将高分子材料进行改性，提高微生物酶的催化活性和反应效率。2#反应器选用Ф80mm球形悬浮填料(图2(b))，该填料由聚丙烯材料注塑成形，外部为鱼网状球体，内部填充塑料编织丝。两种填料主要技术参数如表1所示。

（a）1#反应器填料(b) 2#反应器填料

图2 试验所用两种悬浮填料

Fig.2 Experimental suspended carriers

表1 悬浮填料主要技术参数

Tab.1 The main technical parameters of the suspended carriers

1.4 试验过程

1.4.1 填料挂膜试验

本试验所用接种污泥取自河南周口莲花味精集团第一污水处理厂曝气池，SV为35%左右，MLSS约为3500mg/L。在两个反应器中分别投加40%的悬浮填料，经过30~40天的连续培养后，两种悬浮填料上均可明显观察到呈黄褐色的生物膜，厚度约为0.5~1mm，生物膜量也达到最大值，分别为32~35mg/g及40~45mg/g，同时镜检观察发现，生物膜上微生物种类和数量比悬浮态活性污泥更多，形成了稳定的生态系统，认为挂膜成功，可以进行下一步试验。

1.4.2 填料填充率优化试验

填料是SBBR工艺的核心，填料的多少直接关系着曝气池的生物膜量、充氧能力、处理效果、基建投资和能源消耗[5]。填料的填充率是填料堆积体积占曝气池有效体积的百分比，为确定SBBR工艺最佳的填料填充率，需要研究不同填充率下有机物的去除情况。

试验在室温下进行，水温15~20℃，DO浓度为 2~4mg/L，MLSS为3500 mg/L左右，水力停留时间为9h，其中进水12min，静置30min，曝气7h，沉淀1h，出水18min。将挂膜成熟的悬浮填料分别以20%、30%、40%的比例投加至反应器中，每种工况稳定运行10个周期，分别测定CODCr、氨氮及总氮的去除率，最终确定最佳填料填充率。

1.4 分析项目及检测方法

CODCr、NH4+-N、TN、SV30、MLSS：参考《国家环保局 水和废水监测分析方法》；DO：YSI550A便携式DO仪；pH值：PHS-2C型pH计；活性污泥微生物相：OPTEC BK-FL型荧光显微镜。论文写作，生物膜。

2 结果与讨论

2.1 CODCr的去除效果及分析

两套序批式生物膜反应器在不同填料填充率时对CODCr的去除效果如图3所示。未投加填料时，CODCr去除率均值分别为84.54%和84.51%，出水CODCr浓度为128.39~162.34mg/L。当填料填充率为20%时，两套反应器对CODCr的去除水平均均有一定的提高，出水CODCr均值分别为130.11 mg/L和120.99 mg/L，平均去除率分别为88.62%和89.08%。随着填料填充率的增大，CODC的去除率呈上升趋势，但CODCr去除率随填料投量增加的上升较为缓慢。当填料填充率为30%时，出水CODCr均值分别为109.81mg/L和102.31mg/L，平均去除率分别为90.28%和90.86%。当填料填充率为40%时，1#反应器的CODCr去除率仍呈上升趋势，平均去除率为90.58%，而2#反应器去除率却有所下降，平均去除率为90.55%。由于2#反应器中的悬浮球填料由于体积较大，填充率增大时，填料在反应器中的流化程度降低，影响了氧的传递和利用，从而影响了系统的处理效果。

图3 填料填充率对CODCr去除效果的影响

Fig.3 Effect of carrier filling ratio on CODCrremoval rate

可见，投加悬浮填料可提高系统对CODCr的去除效果。这是由于悬浮填料的存在为微生物的生长提供了载体，使反应器内同时存在悬浮生长和附着生长的微生物，从而明显增加了反应器内的生物量，有利于有机质的降解，故有效提高了系统对CODCr的去除率。但是，曝气池内增加填料填充率的同时，还必须保证曝气池内拥有良好的水流流态，当填充率过大时，流化程度降低，系统的处理效果便会受到影响。

2.2 氨氮的去除效果及分析

两套生物膜复合反应器对氨氮的去除效果如图4所示。从整体来看，尽管进水氨氮浓度有较大的波动，但两套复合反应器的氨化反应都比较完全。在未投加填料的情况下，氨氮去除率均值高达95%以上，出水氨氮浓度为3.77~5.64mg/L。投加填料对氨氮的去除效果虽无显著影响，但氨氮去除率还是随填料填充率的增加而缓慢升高。当填料填充率为20%时，出水氨氮均值分别为2.52 mg/L和2.36mg/L，平均去除率分别为97.81%和97.89%；填充率为30%时，出水氨氮均值分别为1.69 mg/L和1.51mg/L，平均去除率分别为98.38%和98.56%；填充率为40%时，出水氨氮均值分别为1.22mg/L和1.24mg/L，平均去除率分别为98.85%和98.86%。论文写作，生物膜。

图4 填料填充率对氨氮去除效果的影响

Fig.4 Effect of carrier filling ratio on NH4+-Nremoval rate

对氨氮的去除主要依靠硝化菌和亚化酸菌的作用，在曝气时间足够长的条件下，即使不投加填料，系统对氨氮也有很好的去除效果。论文写作，生物膜。但投加悬投加悬浮填料后，由于生物膜附着在填料表面，其生物固体平均停留时间（即污泥龄）较长，因此在生物膜上能够生长时代时间较长、繁殖速率慢的微生物，如硝化菌[1]，更好地进行硝化作用，故系统对氨氮的去除率较未投加填料时有一定提高。

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