脈沖厭氧流化床工藝處理生活污水

　　好氧生物處理工藝因占地面積大、基建費用高等因素，發(fā)展存在阻力，隨著生物科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人們對厭氧消化原理的深入研究，厭氧處理技術(shù)得到了快速發(fā)展，尤其在高濃度廢水處理中有較好的處理效果，人們也逐漸運用厭氧反應(yīng)器來處理低濃度污水。但城市生活污水中有機物濃度較低，厭氧微生物細胞生長會受到限制，因此開發(fā)低濃度厭氧反應(yīng)器將是研究熱點。厭氧反應(yīng)器主要是通過進水和產(chǎn)氣的擾動來增大池中泥水的混合，當進水不能滿足較高的水力負荷和有機負荷時，污泥床內(nèi)的混合強度較低，易產(chǎn)生局部短流效應(yīng)，影響反應(yīng)器的污水處理效果。

　　增加懸浮填料、改進進水方式和水力負荷等措施可提高泥水混合強度，增強傳質(zhì)作用，從而提高污水處理效率。本文對以網(wǎng)狀海綿填料及圓形懸浮填料為載體的脈沖厭氧流化床工藝進行研究，分析比較不同好氧預(yù)掛膜及完全厭氧掛膜下兩種填料的掛膜速度及污水處理效果;同時研究脈沖厭氧流化床工藝的較佳運行工況，以期為提高厭氧反應(yīng)器的處理效果提供一種思路，并為該工藝的推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。

　　1、試驗材料與方法

　　1.1 試驗裝置及材料

　　如圖1所示反應(yīng)裝置為4組平行的反應(yīng)器，內(nèi)裝不同填料(填料填充比40%)，反應(yīng)器尺寸為：直徑×高=0.4m×0.5m，有效容積50L。原水經(jīng)脈沖進水設(shè)備進入反應(yīng)器，好氧預(yù)掛膜時空氣經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計計量后送入反應(yīng)器底部的微孔曝氣增氧管，進而以氣泡形式分布于水中并發(fā)生氧轉(zhuǎn)移，試驗所用填料參數(shù)如表1所示。

　　本試驗采用的網(wǎng)狀海綿填料立方體結(jié)構(gòu)，表面粗糙多孔，流化性比較好，具有高彈性、高吸附力;圓形懸浮填料直徑為15mm，高6～8mm，易掛膜，不易脫落，親水性好。

　　1.2 儀器設(shè)備

　　試驗采用的儀器及設(shè)備為：PHS-3C+型酸度計(成都世紀方舟科技有限公司)，YSIDO200型DO儀(YSI公司)，ACO-002型電磁式空氣泵(浙江森森實業(yè)有限公司)，LZB-4型氣體流量計(上海天川儀表廠)，LZB-4型液體流量計(上海天川儀表廠)和GND-1(D)型時間控制器(慈溪市公牛電源有限公司)。

　　1.3 試驗方法

　　填料進行掛膜試驗時，四組反應(yīng)器中兩組反應(yīng)器采用好氧預(yù)掛膜-厭氧掛膜的方式，另外兩組反應(yīng)器直接采用厭氧掛膜。好氧預(yù)掛膜-厭氧掛膜分悶曝階段、間歇進水掛膜兩個階段，接種污泥取自天津紀莊子污水處理廠的回流池污泥，污泥MLSS=11000mg/L，SVI=102mL/g，沉降性能較好。投加接種污泥后，進行悶爆，待填料上附著少量生物膜后，開始連續(xù)進水。掛膜用水取自天津大學(xué)鵬翔學(xué)生公寓化糞池出水，其水質(zhì)為：COD140～638mg/L，TN50～100mg/L，氨氮40～90mg/L，TP2.5～6.5mg/L，SS80～220mg/L，pH7.0～9.3，水溫12.0～30.6℃

　　間歇進水時控制HRT為12h，冬季室溫和水溫比較低，對反應(yīng)器進行水浴加熱，溫度保持在20℃左右，觀察填料上的生物膜生長情況，并測定出水COD和氨氮。

　　掛膜成功后進行脈沖進水試驗以確定脈沖厭氧流化床工藝的(以連續(xù)進水對比)較佳運行工況，反應(yīng)器選取三個(脈沖進水懸浮填料、脈沖進水海綿填料、連續(xù)進水海綿填料)，為了較全面地研究HRT、脈沖頻率(每天進水次數(shù))、脈沖強度(每次進水時間)對該工藝的影響，結(jié)合相關(guān)規(guī)范和工程實際，HRT取18h、24h、30h、36h，脈沖頻率取4次/d、8次/d、12次/d、16次/d、20次/d、24次/d，脈沖強度(單次進水時間)取5min/次、10min/次、15min/次、20min/次、25min/次和30min/次，共16種工況，每種工況穩(wěn)定運行一周。較佳工況確定后，反應(yīng)器以較佳脈沖進水工況運行，連續(xù)進水工況做為參照，比較兩種工況的污水處理效果。

　　1.4 測定指標及方法

　　本試驗中DO、溫度和pH由DO儀和酸度計直接讀取，其他指標和監(jiān)測方法為：COD(快速消解分光光度法)，氨氮(納氏試劑分光光度法)，TN(過硫酸鉀氧化分光光度法)。

　　2、結(jié)果與討論

　　2.1 掛膜試驗

　　網(wǎng)狀海綿填料及圓形懸浮填料兩種填料的填充比均為40%，4個反應(yīng)器COD和NH3-N的去除效果分別如圖2、圖3所示。

　　由圖2可看出好氧懸浮、好氧海綿、厭氧懸浮、厭氧海綿四反應(yīng)器COD平均去除率分別為50.3%、61.5%、39.0%和37.0%，好氧預(yù)掛膜反應(yīng)器在COD去除上較厭氧掛膜反應(yīng)器有明顯優(yōu)勢，且好氧預(yù)掛膜時網(wǎng)狀海綿填料COD去除率高于圓形懸浮填料，厭氧掛膜時兩種填料COD去除率相近。

　　由圖3可看出，4個反應(yīng)器在掛膜過程的氨氮平均去除率分別為24.3%、53.7%、3.5%和6.6%，好氧預(yù)掛膜反應(yīng)器在氨氮去除上較厭氧掛膜反應(yīng)器同樣有明顯優(yōu)勢，而網(wǎng)狀海綿填料的氨氮去除效果也優(yōu)于圓形懸浮填料，表明好氧預(yù)掛膜的掛膜方式要優(yōu)于厭氧預(yù)掛膜，分析原因是：好氧預(yù)掛膜時好氧菌繁殖速度快，其在代謝過程中會生成多糖類物質(zhì)，可在較短的時間內(nèi)在填料表面形成膜基，從而改善填料表面性能，有利于后續(xù)厭氧掛膜，并縮短掛膜時間。

　　同時，從表1可看出網(wǎng)狀海綿填料比表面積大于圓形懸浮填料，其表面粗糙多孔，、吸附力高，更易掛膜，由此也進一步說明與圓形懸浮填料相比，網(wǎng)狀海綿填料在掛膜和污水處理效果上均有優(yōu)勢。

　　2.2 脈沖進水試驗

　　2.2.1 HRT影響

　　脈沖進水時，當HRT取18h、24h、30h、36h時(脈沖頻率取24次/d，脈沖強度30min/次)時，脈沖進水反應(yīng)器COD和TN的平均去除率與HRT的關(guān)系如圖4所示。從圖4可看出：隨著水力停留時間的增加，反應(yīng)器對COD的去除效果逐漸增強，去除率逐漸提高，其中HRT達到30h后，COD去除率達到穩(wěn)定值，增幅漸緩;反應(yīng)器對氮的去除率較低，HRT=24h和HRT=30h的去除率相近，HRT>30h后，TN去除率呈下降趨勢。

　　分析原因是：隨著HRT的延長，反應(yīng)器中流速相應(yīng)降低，填料上所附著的微生物與污水接觸時間延長，有利于微生物更充分的降解污水中的有機物質(zhì)和氮、磷化合物來進行自身繁殖;反應(yīng)器對氮的去除率較低，是因為厭氧條件下總氮的去除僅用于微生物的自身新陳代謝和繁殖。

　　HRT超過30h，有機物去除率增幅趨緩，這是由于過大的停留時間會帶來淤塞、配水不均勻等問題，反而影響污染物去除率的進一步提高。HRT為30h和36h時反應(yīng)器的COD去除率相近，考慮實際應(yīng)用時的經(jīng)濟因素，選取HRT=24～30h較佳。

　　2.2.2 脈沖強度影響

　　脈沖強度(單次進水時間)取5min/次、10min/次、15min/次、20min/次、25min/次和30min/次時(脈沖頻率取24次/天，HRT為24h)脈沖進水反應(yīng)器的COD、TN的平均去除率如圖5所示。

　　從圖5可看出，隨著脈沖強度的增強，反應(yīng)器對COD的去除率逐漸升高，當脈沖強度(單次進水時間)大于20min/次時，趨于穩(wěn)定;TN去除率較低，平均去除率11.9%。

　　分析原因是脈沖強度的增強(單次進水時間的減小)，有利于反應(yīng)器中微生物與污水充分接觸，增強傳質(zhì)作用，促進老化生物膜的脫落，促進較高濃度的活性生物量的保持，從而提高有機物去除率，而當脈沖強度大于15min/次時，傳質(zhì)作用難以進一步增強，且過大的脈沖強度會導(dǎo)致生物膜脫落加劇，部分生物膜還未來得及更新，甚至導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)生物量減小，因此COD去除率趨于穩(wěn)定;TN的去除由于僅來源于微生物的自身生長繁殖，故其去除率較低，且從圖5可以看出，脈沖強度對TN去除率的影響較小?？紤]實際應(yīng)用的經(jīng)濟性，選取脈沖強度=10～15min/次較佳。

　　2.2.3 脈沖頻率影響

　　脈沖頻率取4次/d、8次/d、12次/d、16次/d、20次/d、24次/d時(HRT=24h，脈沖強度15min/次)，脈沖反應(yīng)器的COD、TN的平均去除率如圖6所示。

　　從圖6可以看出，隨著脈沖頻率的提高，脈沖反應(yīng)器對CODCr的去除率逐漸升高，當脈沖頻率大于16次/d時，趨于穩(wěn)定;TN去除率較低，平均去除率17.4%。

　　分析原因是：隨著進水次數(shù)的增加，反應(yīng)器進水方式逐漸接近于連續(xù)流，對反應(yīng)器形成的沖擊負荷減弱，出水水質(zhì)也會變好。一天內(nèi)進水次數(shù)越少，進水越集中，反應(yīng)器對進水的稀釋作用越弱，微生物與污水中有機物接觸機會越少，出水水質(zhì)會變差;厭氧反應(yīng)器對總氮的去除率提高較低，僅用于微生物細胞合成，進水方式的調(diào)整對脫氮效果影響較小?？紤]實際應(yīng)用，選取脈沖頻率=16～20次/d較佳。

　　2.3 較佳工況運行

　　較佳工況下選定HRT均為24h，脈進水沖強度為10min/次，脈沖頻率為16次/d，脈沖反應(yīng)器和連續(xù)進水反應(yīng)器的COD和SS如圖7所示。

　　從圖7可以看出，采用脈沖進水方式可以較好地實現(xiàn)厭氧微生物的新陳代謝，提高傳質(zhì)作用，促進生物膜更新，相對于連續(xù)均勻進水方式具有更高的有機物、懸浮物去除率。

　　3、結(jié)語

　　本文對利用以網(wǎng)狀海綿填料和圓形懸浮填料作為載體的脈沖厭氧流化床工藝處理生活污水進行了研究，研究結(jié)果如下：

　　(1)采用好氧預(yù)掛膜/厭氧掛膜的方式可縮短掛膜時間，提高水處理效果，適宜用作脈沖厭氧流化床掛膜;兩種填料中網(wǎng)狀海綿填料較易掛膜，其比表面積高于圓形懸浮填料，在掛膜性能和污水處理方面均占有優(yōu)勢;

　　(2)脈沖厭氧流化床工藝的較優(yōu)處理工況為HRT=24～30h，脈沖強度=10～15min/次，脈沖頻率=16～20次/d;

　　(3)較優(yōu)工況下，脈沖進水反應(yīng)器的CODCr和SS去除效果優(yōu)于連續(xù)進水反應(yīng)器;脈沖厭氧流化床工藝為提高厭氧反應(yīng)器的處理效果提供一種思路。(來源：中國鐵路設(shè)計集團有限公司)