李芙蓉,董 有,宋玨容

(1.武漢工業(yè)學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,湖北武漢 430023;2.中鋼集團(tuán)武漢安全環(huán)保研究院,湖北武漢 430081)

懸浮載體 SBR工藝處理生活污水的試驗(yàn)研究

李芙蓉1,董 有2,宋玨容2

(1.武漢工業(yè)學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,湖北武漢 430023;2.中鋼集團(tuán)武漢安全環(huán)保研究院,湖北武漢 430081)

采用懸浮載體 SBR工藝對生活污水進(jìn)行了正常負(fù)荷及沖擊負(fù)荷對比運(yùn)行實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明：正常負(fù)荷運(yùn)行時(shí),出水 CODCr穩(wěn)定在 12—32 mg/L,去除率保持在 90%以上;脫氮除磷效果較好,出水氨氮和總磷分別穩(wěn)定在 2.3—4.2 mg/L和 0.22—0.49 mg/L,均達(dá)到 GB18918-2002中一級 A標(biāo)準(zhǔn)要求;系統(tǒng)抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng),在進(jìn)水 CODCr提高 5倍的情況下,其去除率仍保持在 85%以上;沖擊負(fù)荷對脫氮除磷效果影響較大,氨氮和總磷的去除率均由正常情況下的 85%左右下降至 50%左右。

懸浮載體;生物膜;SBR;生活污水

在傳統(tǒng) SBR工藝的基礎(chǔ)上,利用懸浮載體生物膜工藝 (moving bed bio-fi lm reactor,簡稱 MBBR)的核心技術(shù)[1-2]懸浮載體來創(chuàng)造具有傳統(tǒng)的流化床和生物接觸氧化法兩者優(yōu)點(diǎn)的新工藝——懸浮載體SBR工藝,該工藝特有的“短時(shí)進(jìn)水—缺氧—厭氧—曝氣—沉淀—排水”的序批式運(yùn)行方式為各種微生物繁殖創(chuàng)造了最佳的環(huán)境條件和水力條件,使有機(jī)物的降解、氨氮的硝化、反硝化、磷的釋放和吸收等生化過程均處于高效反應(yīng)狀態(tài)[3]。

目前,采用懸浮載體生物膜工藝處理工業(yè)廢水方面的研究較多,但基本上處于試驗(yàn)性研究和中試階段[4-5]。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)所用的填料

試驗(yàn)所用的填料是自行設(shè)計(jì)的一種圓筒狀改性聚乙烯載體,其規(guī)格為 φ50×50 mm,該填料具有良好的通氣性、過水性,且有良好的親水性,有利于生物膜的早期生長。曝氣時(shí)只需較小的氣量即可全池流化,并且對曝氣池的布?xì)?、布水設(shè)備沒有特殊要求。

1.2 試驗(yàn)用水及接種污泥

本研究正常負(fù)荷試驗(yàn)所用的污水為某家屬區(qū)生活污水,其主要水質(zhì)指標(biāo)為：CODCr=150—400 mg/L,BOD5=100—200 mg/L,NH3-N=15—33 mg/L,TP=1—4mg/L,pH值為 6.7—7.2。

沖擊負(fù)荷試驗(yàn)所用的污水是在家屬區(qū)生活污水中根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要補(bǔ)加少量磷酸二氫鉀、尿素和適量食堂淘米水混合而成。

本研究所用的接種污泥取自某城市污水處理廠的曝氣池,對該污泥進(jìn)行鏡檢,發(fā)現(xiàn)污泥中含有球菌、絲狀菌、大量的游泳型纖毛類細(xì)菌 (如腎形蟲、草履蟲)及少量的鐘蟲,污泥活性很好。

1.3 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置如圖1所示,反應(yīng)器由有機(jī)玻璃制成,內(nèi)徑為 500 mm,高為 1000 mm,總體積為 196 L,有效體積為 157 L,沿反應(yīng)器不同的高度設(shè)有排水口(兼作取樣口用)。

圖1 懸浮載體 SBR試驗(yàn)裝置示意圖

1.4 分析方法

CODCr的分析：重鉻酸鉀法,MS-3型微波消解COD測定儀,華南環(huán)境科技開發(fā)公司制造。

氨氮、硝酸氮及亞硝酸氮的分析：分光光度法,哈納多參數(shù)水質(zhì)分析儀。

總氮的分析：堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法。

總磷的分析：氯化亞錫還原光度法。

MLSS的分析：重量法。

2 結(jié)果與討論

2.1 懸浮載體 SBR工藝正常負(fù)荷運(yùn)行試驗(yàn)

在采用懸浮載體 SBR工藝處理生活污水的前期實(shí)驗(yàn)中,通過對缺氧、厭氧、好氧及沉淀各階段反應(yīng)時(shí)間進(jìn)行單因素及正交實(shí)驗(yàn)得到最佳工況為：缺氧 1 h、厭氧 2 h、曝氣 5 h、沉淀 1 h、排水 0.5 h,按照最佳工況進(jìn)行為期 10 d的正常負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行實(shí)驗(yàn),結(jié)果如表1。

表1 懸浮載體 SBR工藝穩(wěn)定運(yùn)行處理效果

從表1中可以看出懸浮載體 SBR工藝的處理效果很穩(wěn)定。CODCr的進(jìn)水范圍為 165 mg/L—392 mg/L,出水穩(wěn)定在 12—32 mg/L,去除率均大于90%。進(jìn)水的 NH3—N為 15.0—32.4 mg/L,出水穩(wěn)定在 2.3—4.2 mg/L,具有良好的脫氮功能。進(jìn)水 TP為 1.01—3.84 mg/L,出水穩(wěn)定在 0.22—0.49 mg/L。出水 CODCr、NH3—N及 TP均達(dá)到城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn) (GB18918-2002)中一級A標(biāo)準(zhǔn)要求。

試驗(yàn)過程中對 CODCr、TP、N等指標(biāo)進(jìn)行了跟蹤測定,并就一個(gè)運(yùn)行周期內(nèi) CODCr、TP、N等指標(biāo)隨時(shí)間的變化作了詳細(xì)分析。

2.1.1 CODCr隨時(shí)間變化曲線

一個(gè)運(yùn)行周期內(nèi) CODCr隨時(shí)間的變化曲線如圖2所示。原水 CODCr為 392 mg/L,進(jìn)水充分混合后,取混合液測得 CODCr為 210 mg/L,說明懸浮載體SBR工藝在進(jìn)水后由于稀釋及生物吸附作用,很快能降低約 40%的 CODCr。在進(jìn)水后 1h缺氧和 2h厭氧階段,反硝化菌首先利用原水中的碳源進(jìn)行反硝化,聚磷菌將污水中易分解的有機(jī)物攝入體內(nèi)以PHB形式儲(chǔ)存起來,同時(shí)將體內(nèi)的磷酸鹽水解,變成正磷酸釋放到混合液中,這一階段 CODCr緩慢下降。在曝氣階段的前 3 h,CODCr大幅度下降,出水時(shí)僅為 32 mg/L。這是因?yàn)椋?)曝氣時(shí)間較長;2)載體上的生物膜的棲息微環(huán)境比懸浮態(tài)的活性污泥受外界影響小,能保持較好的活性;3)2h的厭氧,使水中部分難降解的有機(jī)物酸化水解為易被微生物利用的小分子有機(jī)物;4)生物膜系統(tǒng)內(nèi),生物鏈比活性污泥長,出現(xiàn)了比較大型的生物,如營養(yǎng)水平較高的吸管蟲、寡毛蟲、輪蟲、線蟲及其它一些微型生物等,處理效果穩(wěn)定。

圖2 CODCr隨時(shí)間的變化曲線

2.1.2 總磷隨時(shí)間變化曲線

TP的變化曲線如圖3所示。從圖中可以看出,在進(jìn)水后的 1 h內(nèi) (即缺氧階段)就出現(xiàn)了放磷作用,這是因?yàn)樯锬さ膬?nèi)部形成了厭氧微環(huán)境。在厭氧階段混合液中的 TP迅速提高,在厭氧階段末達(dá)到了 10.5 mg/L。在曝氣階段的前 3 h內(nèi),聚磷菌過量吸磷使水中 TP迅速下降,之后下降較為緩慢,由于沉淀、排水排泥階段水中溶解氧仍較高,沒有出現(xiàn)磷再次釋放的現(xiàn)象。TP的去除效果很好,這主要是因?yàn)樗械奈勰喽冀?jīng)歷了缺氧—厭氧—好氧全過程,厭氧釋磷充分,好氧過量吸磷完全,改善了除磷效果。

圖3 TP隨運(yùn)行時(shí)間的變化曲線

2.1.3 氨氮、硝酸氮、亞硝酸氮及總氮隨時(shí)間變化曲線

試驗(yàn)中各類氮的濃度變化如圖4所示。從圖中曲線可以看出,缺氧階段混合液中硝酸氮在反硝化菌的作用下生成氮?dú)鈴姆磻?yīng)器中去除,厭氧階段硝酸氮和亞硝酸氮基本沒有變化;氨氮在缺氧段和厭氧段略有上升,可能是因?yàn)橛袡C(jī)物酸化水解的結(jié)果,好氧階段氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸,亞硝酸轉(zhuǎn)化為硝酸氮。從圖4中可以看出亞硝酸氮有一個(gè)積累最高值,然后又下降,該現(xiàn)象是水中的 COD、氨氮未完全去除而供氧量不滿足需求時(shí),亞硝酸氮來不及轉(zhuǎn)化為硝酸氮所產(chǎn)生的。在整個(gè)運(yùn)行周期,TN持續(xù)下降。分析其原因主要有：①生物膜上棲息著大量繁殖速率低、世代時(shí)間長的硝化菌;②缺氧段過量儲(chǔ)存脫氮,由于微生物細(xì)胞具有很好的吸附和儲(chǔ)存含碳氮有機(jī)物的功能,這些碳氮已超出生長需要;更多的儲(chǔ)存物質(zhì)存在于細(xì)胞外即生物膜中,并通過微生物代謝作用為細(xì)胞所利用;③好氧段同步硝化與反硝化現(xiàn)象(S imultaneous Nitrification and De-nitrification,簡稱SND),SND反應(yīng)主要發(fā)生在好氧生物膜層和兼性生物膜層分界區(qū)內(nèi),反硝化的有機(jī)碳源主要為在厭氧段過量儲(chǔ)存的有機(jī)碳源。

圖4 氨氮、硝酸鹽、亞硝酸鹽氮及總氮隨時(shí)間的變化曲線

2.2 懸浮載體 SBR工藝抗沖擊負(fù)荷試驗(yàn)

懸浮載體 SBR工藝采用間歇進(jìn)水、間歇排水的運(yùn)行方式可在一定程度上起到均衡水質(zhì)的作用,而且反應(yīng)器在局部上看是屬于完全混合式,理論上該工藝具有較強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷能力。為了研究沖擊負(fù)荷對系統(tǒng)處理效果的影響,將進(jìn)水的 CODCr的濃度從150—400 mg/L提高到 820—1080mg/L以上,污泥負(fù)荷率提高至 0.881—1.015kgCODCr/kg MLSS·d。

圖5、圖6及圖7分別為整個(gè)沖擊負(fù)荷試驗(yàn)期間懸浮載體 SBR工藝的 CODCr、NH3—N和 TP進(jìn)、出水濃度及其去除率關(guān)系曲線,第 1 d,2 d為正常運(yùn)行的負(fù)荷,第 3d,4d,5d,6d,7 d為沖擊負(fù)荷,第 8 d,9 d,10d恢復(fù)為正常運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷。

圖5 沖擊負(fù)荷對懸浮載體 SBR工藝去除 CODCr的影響

圖6 沖擊負(fù)荷對懸浮載體 SBR工藝去除氨氮效果的影響

圖7 沖擊負(fù)荷對懸浮載體 SBR工藝去除 TP效果的影響

在沖擊負(fù)荷下,CODCr的去除率有所降低,但仍然能達(dá)到 85%以上,并且污泥負(fù)荷恢復(fù)正常以后,CODCr的去除率能迅速上升到 90%以上,說明懸浮載體 SBR工藝對由于進(jìn)水 CODCr濃度變化而引起的沖擊負(fù)荷有著很強(qiáng)的抵抗能力。這是由該工藝本身所具有的特點(diǎn)所決定的：①SBR反應(yīng)器間歇進(jìn)水、排水,在空間上流態(tài)是完全混合的,對瞬時(shí)高濃度有很好的稀釋緩沖作用;②載體上的生物膜為固著生長,遭受沖擊負(fù)荷時(shí),內(nèi)層的生物膜因有外層膜的緩沖,受到的沖擊小,恢復(fù)也快;③膜法微生物種類多、活性好、生物鏈長使其抗沖擊能力與傳統(tǒng) SBR工藝相比有所提高。

氨氮的去除率降低較多,最低降至 40%,且污泥負(fù)荷恢復(fù)正常以后,去除率上升緩慢,這是因?yàn)闆_擊負(fù)荷下,較高的 CODCr使異養(yǎng)菌占優(yōu)勢,抑制了繁殖速率低、世代時(shí)間長的硝化菌的生長;并且由SND產(chǎn)生的脫氮率隨碳 /氮比的增加而增加,而過高的負(fù)荷將使生物膜變厚,從而影響 SND的效果,導(dǎo)致氨氮的去除效率大幅下降。

TP去除率的下降幅度也較大,從正常情況下的85%左右下降到 50%左右。在高進(jìn)水 CODCr濃度下,好氧性異養(yǎng)菌對氧的競爭非常激烈,而聚磷菌在厭氧條件下充分釋磷后,在好氧條件下由于氧的供應(yīng)不足而不能充分地過量吸磷,從而引起磷去除率的下降。

3 結(jié)論

采用懸浮載體 SBR工藝處理生活污水,正常負(fù)荷運(yùn)行時(shí),出水 CODCr穩(wěn)定在 12—32 mg/L,去除率保持在 90%以上。脫氮除磷效果較好,出水氨氮和總磷分別穩(wěn)定在 2.3—4.2 mg/L和 0.22—0.49 mg/L,出水 CODCr、NH3—N及 TP均達(dá)到城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中一級A標(biāo)準(zhǔn)要求。

懸浮載體 S BR工藝抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng),在進(jìn)水CODCr提高 5倍的情況下,其去除率仍保持在 85%以上;沖擊負(fù)荷對脫氮除磷效果影響較大,氨氮和總磷的去除率均由正常情況下的 85%左右下降至 50%左右。

[1] Andreottola G.Upgrading of a s mall wastewater treatment plant in a cold climate region using a moving bed bio-film reactor(MBBR)system[J].Water Science Technology,2001,41(1)：177-185.

[2] 張景麗,幸福堂.移動(dòng)床生物膜工藝特點(diǎn)、研究現(xiàn)狀及發(fā)展[J].工業(yè)安全與環(huán)保,2003,29(4)：13-15.

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Research on treatment of domestic sewage by suspended-carrier SBR process

LI Fu-rong1,DONG You2,SONG Jue-rong2
(1.School of Chemical and Environmental Engineering,Wuhan Polytechnic University,Wuhan 430023,China;2.Sino-Steel Wuhan Safety and Environmental Protection Research Institute,Wuhan 430081,China)

Experiments of normal load and high impact load on domestic sewage treatment by suspended-carrier SBR process were conducted comparatively.The results indicated that：in the normal load experiment,effluent CODCrwas 12—32 mg/L and its removal rate kept over 90%.NH3-N and TP in the effluent were stable at 2.3—4.2 mg/L and 0.22—0.49 mg/L respectively.All these parameters met 1-levelA standard of GB18918-2002.High impact load had great effecton removing nitrogen and phosphorus.Both the removal rate of NH3-N and that of TP dropped from about 85%to 50%.

suspended-carrier;bio-fi lm;SBR;domestic sewage

X 703

A

1009-4881(2010)01-0038-04

10.3969/j.issn.1009-4881.2010.01.011

2009-07-06.

李芙蓉 (1973-),女,講師,E-mail：lfr_0826@163.com.