SBBR反应器填料比选研究
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２０１０年３８卷第３期 广州化工 ・１３３・ ＳＢＢＲ反应器填料比选研究 刘键敏，何争光，王迎辉 （郑州大学水利与环境学院，河南 郑州４５０００１） 摘 要：在序批式生物膜反应器（ＳＢＢＲ）中加入不同类型填料进行平行试验，考察各类填料的挂膜效果及生物处理能力，比选 出最佳填料以优化反应器性能。试验结果表明投加了悬浮球的ＳＢＢＲ池在挂膜、水质净化、以及耐水量和耐水质冲击方面表１现出 了优良的能力。在进水水温为１５￣Ｃ～２２￣（２，ｐＨ值６．５～７．２，曝气气水体积比（９—１０）：１，进水ＣＯＤ值４０２～７９２ｍｇ／Ｌ，进水ＮＨ：一Ｎ 值５０．５～９７．４ｍｇ／Ｌ时，该反应器对水中ＣＯＤ、ＮＨ；一Ｎ的平均去除率分别为８７．９％、７９．４％。 关键词：序批式生物膜反应器；填料；污水处理
Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｃａｒｒｉｅｒｓ Ｕｓｅｄ ｉｎ Ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ Ｂａｔｃｈ Ｂｉｏｆｌｍ Ｒｅａｃｔｏｒｓ（ＳＢＢＲ） ＬＩＵ Ｊｉａｎ—ｍｉｎ，ＨＥ Ｚｈｅｎｇ—ｇｕａｎｇ，ＷＡＮＧ Ｙｉｎｇ—ｈｕｉ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈｅｎａｎ Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５０００１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｃａｒｒｉｅｒｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ Ｂａｔｃｈ Ｂｉｏｆｆｍ Ｒｅａｃｔｏｒ（ＳＢＢＲ）ｗｅｒｅ ａｄｄｅｄ ｔｏ ｃａｒｒｙ ｏｕｔ ｔｈｅ ｐａｒａｌｌｅｌ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｗｈｉｃｈ ａｉｍｅｄ ｔｏ ｃｏｍｐａｒｅ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｂｉｏｆｉｌｍ ｃｕｌｔｕｒｉｎｇ ａｎｄ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｄｉｓｐｏｓａｌ ｃａｐａｃｉｔｙ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｃａｒｒｉｅｒｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｒｅａｃｔｏｒｓ．Ａｌｌ ｔｈｅ ｐａｒａｌｌｅｌ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｍｅｎｔｉｏｎｅｄ ａｂｏｖｅ ｗｅｒｅ ｔｒｙｉｎｇ ｔｏ ｓｅｌｅｃｔ ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｃａｒｒｉｅｒ ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅａｃｔｏｒ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ＳＢＢＲ ａｄｄｅｄ ｗｉｔｈ ｆｌｏａｔｉｎｇ ｂａｌｌｓ ｓｈｏｗｅｄ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｎ ｔｅｒｍｓ ｏｆ ｂｉｏｆｉｌｍ ｃｕｌｔｕｒｉｎｇ．ｔｈｅ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｏｌｅｒａｎｃｅ ｏｆ ｉｎ— ｆｌｕｅｎｔ ｖｏｌｕｍｅ ａｎｄ ｑｕａｌｉｔｙ．Ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ｒｅｍｏｖａｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ＣＯＤ ａｎｄ ＮＨ４＋一Ｎ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅａｃｔｏｒ ｗｅｒｅ ８７．９％ａｎｄ ７９．４％． ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｕｎｄｅｒ ｓｕｃｈ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ：ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｔ ｗａｔｅｒ １５￣Ｃ一２２￣Ｃ，ｐＨ ６．５—７．２，ａｅｒａ— ｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｖｏｌｕｍｅ ｒａｔｉｏ ｏｆ ａｉｒ ｔｏ ｗａｔｅｒ，（９～１０）：１，ＣＯＤ ４０２—７９２ｍｇ／Ｌ，ａｎｄ ＮＨ；一Ｎ ５０．５～９７．４ｍｇ／Ｌ Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ ｂａｔｃｈ ｂｉｏｆｌｍ ｒｅａｃｔｏｒ；ｃａｒｒｉｅｒｓ；ｓｅｗａｇｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
序批式生物膜反应器（Ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ Ｂａｔｃｈ Ｂｉｏｆｌｍ Ｒｅａｃｔｏｒ，简称 ＳＢＢＲ）最早是由Ｗｉｌｄｅｒｅｒ于１９９２年提出的…。其目的是为了解 决进水水力负荷波动过大及防止生长速率小的微生物从反应器 系统中淘洗出去等问题，同时针对传统活性污泥法不能处理某 些工业废水及高冲击负荷废水的现状。此后，德国的Ｉｎｇｏｌｓｔａｄｔ 污水处理厂建立了第一个ＳＢＢＲ的示范工程 ，以此来探索其 运行控制机制及特征。 ＳＢＢＲ工艺实质是在ＳＢＲ中添加填料作为微生物附着生长 的载体，并且将ＳＢＲ的序批式操作模式引入到生物膜反应器。 一方面由于投加的填料为池内的微生物提供了大量可供栖息的 表面积和有利的环境，显著地增加系统的污泥浓度，提高硝化 菌、聚磷菌的固着量与反应池耐冲击负荷能力，防止生物量随悬 浮污泥流失；另一方面，由于系统引入了序批运行模式，其周期 性的操作、充排式的运行使ＳＢＢＲ具备很强的可控制能力 。 近年来将悬浮填料与活性污泥法相耦合的方法，在其他的 非传统的活性污泥法工艺中也取得了一定的进展 。 本文主要研究介绍的是通过对安装不同填料的ＳＢＢＲ反应 器进行平行比选试验，考察其挂膜和除污能力，摸索适用于污水 处理的填料形态，为进一步开发出性能更为良好的新型的生物 处理填料提供基础。 １ 试验 １．１ 材料 １．１．１填料 （１）悬浮球：由聚乙烯或聚丙烯注塑而成，分内外双层球体， 外部为中空渔网状球体，内部为转型球体，含有泡沫海绵。直径 ８０ｍｍ，比表面积８００ｍ ／ｍ ，孑Ｌ隙率＞９５％，材料比重０．９２。投加 了悬浮球的ＳＢＢＲ池编号ｌ 。 （２）纤维球：由纤维丝结扎而成。具有弹性好，耐酸碱，空隙 率大等优点。密度１．３８ｇ／ｃｍ ，比表面积３０００ｍ ／ｍ ，容重约 ７０ｇ／ｃｍ 。投加了纤维球的ＳＢＢＲ池编号２ 。 （３）组合式双孔环填料：组合式双孔环填料以双圈大塑料环 为骨架，将维纶丝压在环的外圈上，使维纶丝均匀分布在环周围； 内圈是雪花状塑料环。展开直径１５０ｒａｍ，比表面积１２８０ｍ ／ｍ３。 投加了组合式双孑Ｌ环填料的ＳＢＢＲ池编号３ 。 （４）纤维束：白色集束状单丝，单位重量４～５ｋｇ／ｎｌ ，孑Ｌ隙率
作者简介：刘键敏（１９８６一），男，硕士研究生，研究方向为水污染控制。Ｅ—ｍａｉｌ：ａｎｌｉａｎｗａｒｅ＠ｓｉｎａ．ｃｏｎ ・１３４・ 广州化工 ２０１０年３８卷第３期 ＞９９％，比表面积３５６１ｍ ／ｍ ，耐酸碱性强，而且自身分散性好， 安全无毒。投加了纤维束的ＳＢＢＲ池编号４ 。 １．１．２填料处理方法 填料预处理：在挂膜试验进行之前，都要将所用填料进行清 洗并用稀释的酸浸泡，以达到清洁填料表面及毛细孔内部的作 用。 填料固定：在挂膜试验初期需对各类型填料进行固定，以保 证填料主体竖直于水体中央。 １．１．３水样及污泥 试验用污泥直接取用郑州五龙口污水处理厂的曝气池回流 污泥，挂膜时稀释后采用。试验用水为人工配制的模拟城市污 水，由自来水、碳酸氢钠、氯化氨、磷酸二氢钾等配置而成。 １．２主要设备及分析方法 １．２．１填料挂膜和污水处理装置 （１）有机玻璃制成的反应器有效容积ＩＯＬ，透明易于透光和 试验观察。ＳＢＢＲ运行过程与传统ＳＢＲ工艺基本一致即依次经 过进水、反应、沉淀、出水这４个步骤。 （２）采用微孔鼓风曝气，从填料底部曝气，从而在填料上产 生向上流。曝气量可调节。 （３）挂膜采用接种法，即将活性污泥接种到池内焖爆，排出 上清液后换水，先小水量进水，逐渐过渡到正常进水量，在水温 １５％以上启动挂膜。每天观察生物相。经过两周的培养后各池 出水的各项指标都达到稳定，各池镜检良好。并且观察到在投 加的填料的内表面长着一层的生物膜，呈灰黑色，结构较松散， 在外表面附着生长一层极薄的棕黄色生物膜；同时可观察到一 些菌胶团、大量的钟虫类，可认为完成了挂膜阶段。可以投入正 式试验。 １．２．２分析方法 挂膜效果：未采用定量方法，根据外表挂膜情况及膜体手感 大致判断。 水质分析：进出水ＣＯＤ：重铬酸钾法；进出水ＮＨ —Ｎ：纳氏 试剂比色法。ｐＨ值：ＰＨＳＪ一４Ａ型ｐＨ计；生物相：ＯＬＹＭＰＵＳ— ＣＸ３１光学显微镜。
２结果与讨论 针对４组采用不同填料的ＳＢＢＲ工艺进行了一系列平行比 选试验。 运行条件：至２００９年１１月底污泥驯化及生物膜培养完成， 于是在１２月开始了正式运行，试验期间水温为１５℃～２２￣Ｃ，ｐＨ 值为６．５—７．２，曝气气水体积比（９～ｔ０）：１。４组ＳＢＢＲ系统均 以６ｈ为１周期。其中进水搅拌时间１ｈ，曝气时间３ｈ，沉淀排泥 １ｈ，排水３０ｒａｉｎ，闲置３０ｒａｉｎ。每天９点一次性采集当天试验所用 原水于储水池中，第２天早９点采出水样，作为前１天的试验出 水。 原水水质：在ｌ２月２日至２３日期间，进水ＣＯＤ值为４０２— ７９２ｍｇ／Ｌ，均值为４８５ｍｇ／！ 。进水Ｎ｝ 一Ｎ值为５０．５—９７．４ｍｇ／Ｌ。 自１２月２日至１２目，为ｒ￣ｒｔ４一Ｎ测试第一阶段，进水ＮＨ —Ｎ 值为５０．５～８６．７ｍｇ／Ｌ，考察反应器抗冲击负荷的能力；第■阶段 为１２月１３日至２３门，进水Ｎｆ｛ — 值为７Ｏ．７～９７．４ｍｇ／Ｌ，此阶 段考察反应器池对较高浓度Ｎ｝｛ —Ｎ污水的耐受及处理能力。
２．１ 悬浮球与纤维球填料对比试验 ２．１．１ ＣＯＤ的去除结果及分析 两池出水ＣＯＤ对比如图１所示。
０００ ８００ ６００ ４００ ２００ ０ １ ３ ５ ７ ９ ｌＩ Ｉ ３ ｌ５ ｌ７ ｌ９ ２ｌ ２３ 同期
图１ ｌ 池与２ 池对ＣＯＤ的去除 ＋进水ＣＯＤ； ＋１ 出水ＣＯＤ； ２ｔ出水ＣＯＤ —ｌ℃０Ｄ去除率；－＇￣２＇ＣＯＤ去除率
ｌ２月２日至２３日期间，１ 池（投加悬浮球）出水的ＣＯＤ值 为３９～１５７ｍｇ／Ｌ，ＣＯＤ去除率为７８．３％～９１．８％。２ 池（投加纤 维球）出水的ＣＯＤ值为８９—２６８ｍｇ／Ｌ，ＣＯＤ去除率为５３．０％一 ８１．６％。１ 池出水ＣＯＤ值均低于２ 池。 ｌ２月８习进水ＣＯＤ值为整个试验期间的次高值７２３ｍｇ／Ｌ。 两池出水ＣＯＤ值均出现了２日到２３日期间的最大值，分别为 １５７ｍｇ／Ｌ和２６８ｍｇ／Ｌ。镜检显示９日２ 池水质有变差的趋势。 此后两天，由于受较大负荷的冲击，２ 池处理效果不好，２天的出 水ＣＯＤ值分别为１９３ｍｇ／Ｌ、１８９ｍｇ／Ｌ，ＣＯＤ去除率分别为 ５３．２％、５３．０％，为整个试验期间的最低值。而１ 池在接下来的 两天均表现出较好的抗冲击负荷能力，出水ＣＯＤ值分别为 ７５ｍｇ／Ｌ、６６ｍｇ／Ｌ，ＣＯＤ去除率分别为８１．８％、８３．６％。 在ｌ２月１９日进水ＣＯＤ值最高，为７９２ｍｇ／Ｌ。１ 池仍然表 现出很好的处理效果，出水ＣＯＤ值为１３２ｍｇ／Ｌ。去除率为 ８３．３％。２ 池处理效果差，出水ＣＯＤ值高，为２４６ｍｇ／Ｌ，ＣＯＤ去 除率仅为６８．９％。１２月２Ｏ、２１日进水ＣＯＤ值分别为５０４ｍｇ／Ｌ、 ５１６ｍｇ／Ｌ。１ 池的出水ＣＯＤ值分别为８６ｍｇ／Ｌ、６９ｍｇ／Ｌ，ＣＯＤ去 除率为８２．９％、８６．６％，去除率十分稳定。２ 池在１９日由于受 负荷的冲击，处理效果仍不好，２天的出水ＣＯＤ值分别为 １８９ｍｇ／Ｌ、１８２ｍｇ／Ｌ，ＣＯＤ去除率分别为６２．５％、６４．７％。 结果表明：１ 池平均ＣＯＤ去除率为８７．９％，２ 池平均ＣＯＤ 去除率为６８．９％。同时，２次冲击负荷试验的结果说明２ 池抗 冲击负荷的能力明显弱于１ 池。 ２．１．２ ＮＨ —Ｎ的去除结果及分析 两池出水ｎｒｔ４一Ｎ对比如图２所示。
