王京城

(遼寧省環(huán)境科學(xué)研究院,遼寧 沈陽(yáng) 110161)

MBBR處理中低溫生活污水動(dòng)力學(xué)研究

王京城

(遼寧省環(huán)境科學(xué)研究院,遼寧 沈陽(yáng) 110161)

摘要：采用MBBR處理中低溫生活污水,根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析計(jì)算了有機(jī)物、總氮、總磷的最大降解速率和飽和常數(shù),為工藝設(shè)計(jì)和操作提供參考。

關(guān)鍵詞：MBBR;中低溫;動(dòng)力學(xué)

1引言

移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器(MBBR)作為一種新型的污水處理技術(shù),以其低能耗、低投資、維護(hù)管理簡(jiǎn)單的特性在水污染治理中被逐步認(rèn)可并推廣。移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器的研究方向主要包括生物膜載體的開(kāi)發(fā)與改良,微生物的附著與膜機(jī)理的研究,反應(yīng)器工藝的改善、動(dòng)力學(xué)研究等[1、2]。本實(shí)驗(yàn)采用MBBR處理中低溫度生活污水,探討污水中有機(jī)物、總氮、總磷的降解動(dòng)力學(xué),以期為今后的工程應(yīng)用、工藝設(shè)計(jì)及操作過(guò)程提供參考。

2材料與方法

(1)試驗(yàn)用水。以某單位化糞池污水為處理對(duì)象,水質(zhì)如表1所示。

表1　污水的成分

(2)試驗(yàn)裝置。研究用試驗(yàn)裝置主體結(jié)構(gòu)為有機(jī)玻璃制作,固定在鐵架上,反應(yīng)池的長(zhǎng)度為40cm,寬度40cm,高為91cm,總有效體積達(dá)0.1456m3。初沉池與二沉池均為豎流式沉淀池。曝氣裝置采用的是微孔曝氣。MBBR工藝流程圖及實(shí)圖,如圖1所示。

圖1　試驗(yàn)裝置

3結(jié)果與討論

3.1　基質(zhì)降解動(dòng)力學(xué)

單位污泥降解有機(jī)物的速度(v),根據(jù)Michaelis-Menten酶反應(yīng)關(guān)系,可以用下式表示:

(1)

即:

(2)

式中:v為底物的比降解速率(d-1);dS/dt為底物的降解速率(mg/L·d);Xv為混合液揮發(fā)性污泥濃度(MLVSS)(mg/L);S為殘存在混合液中的底物濃度(mg/L);vmax為底物的最大比降解速率(d-1);Ks為飽和常數(shù)(mg/L)。

當(dāng)?shù)孜餄舛容^高時(shí),即S?Ks,在式(1)和(2)分母中的Ks與S相比可以忽略不計(jì),則式(2)可寫(xiě)成:

(3)

式中vmax是常數(shù)。從式(3)可知,在高底物濃度下,底物降解速率達(dá)到最大,降解速率與底物濃度無(wú)關(guān),呈零級(jí)反應(yīng)關(guān)系式。

當(dāng)?shù)孜餄舛容^低時(shí),即S?Ks,在式(1)和(2)分母中的S與Ks相比可以忽略不計(jì),則式(2)可寫(xiě)成:

(4)

從式(4)可知,底物降解速率遵循一級(jí)反應(yīng),底物的含量已成為制約降解速率的因素。

移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器動(dòng)力學(xué)研究模型[3]可表示為圖2中模型。

圖2　MBBR動(dòng)力學(xué)研究模型

其中:Q為進(jìn)水量(m3/h);S0為進(jìn)水中污染物濃度(mg/L);Se為出水中污染物濃度(mg/L);Xo為進(jìn)水中揮發(fā)性污泥濃度(MLVSS)(mg/L);Xe為出水中揮發(fā)性污泥濃度(MLVSS)(mg/L)。

在研究MBBR反應(yīng)動(dòng)力學(xué)時(shí),假設(shè)整個(gè)系統(tǒng)是穩(wěn)定的;反應(yīng)器的進(jìn)水基質(zhì)均為可溶解性的,出水中不含微生物群體,即Xo=0;反應(yīng)器內(nèi)的物料是充分混合的;MBBR出水中微生物含量少,可忽略不計(jì),Xe=0;反應(yīng)器內(nèi)微生物濃度被認(rèn)定為常數(shù)。本實(shí)驗(yàn)中MBBR為單級(jí)反應(yīng)裝置,系統(tǒng)的物料平衡式為:

(5)

將式(5)整理后得出:

(6)

其中:θ為水力停留時(shí)間(d)。根據(jù)公式(1)、(2)和(6)可以推出以下方程式:

(7)

(8)

3.2　各污染物降解動(dòng)力學(xué)的研究

通過(guò)調(diào)節(jié)水力停留時(shí)間取不同的θ,得到不同的Se值,可獲得一系列1/v、1/Se數(shù)據(jù),計(jì)算數(shù)據(jù)如表2、表3、表4所示。

表2　有機(jī)物降解動(dòng)力學(xué)常數(shù)測(cè)定

表3　TN降解動(dòng)力學(xué)常數(shù)測(cè)定

表4　TP降解動(dòng)力學(xué)常數(shù)測(cè)定

根據(jù)表2、表3、表4,繪制1/v~1/Se關(guān)系圖,即線性回歸方程,見(jiàn)圖3、圖4、圖5。圖中直線的斜率為Ks/υmax,截距為1/υmax值。由此可計(jì)算出Ks和υmax的值,見(jiàn)表5。

表5　動(dòng)力學(xué)常數(shù)

圖3　有機(jī)物降解動(dòng)力學(xué)常數(shù)回歸曲線

圖4　TN降解動(dòng)力學(xué)常數(shù)回歸曲線

圖5　TP降解動(dòng)力學(xué)常數(shù)回歸曲線

4結(jié)語(yǔ)

本文探討了MBBR處理中低溫城市生活污水的動(dòng)力學(xué)。通過(guò)底物比降解速率與底物濃度之間的關(guān)系式,求出不同填料填充率下,有機(jī)物、總氮、總磷的相關(guān)動(dòng)力學(xué)系數(shù)Ks,υmax。對(duì)工藝設(shè)計(jì)和操作過(guò)程具有借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 荊潔穎,李文英.移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器污水處理工藝的研究現(xiàn)狀及展望,煤化工[J].2008,36(4):23~27.

[2] 趙江冰.移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器技術(shù)處理廢水研究[D].上海:上海大學(xué),2004.

[3] 張鵬,袁輝洲.MBBR法處理城市污水去除污染物的特性研究[J].水處理技術(shù),2009,35(10):91~96.

收稿日期：2015-03-12

基金項(xiàng)目：國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)(編號(hào):2012zx07202-003)資助

作者簡(jiǎn)介：王京城(1981—),男,黑龍江牡丹江人,工程師,主要從事水污染控制技術(shù)研究工作。

中圖分類號(hào)：X703

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-9944(2015)05-0182-02