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不同填料曝气生物滤池启动挂膜试验研究

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作者:组合填料来源:组合填料网址:https://www.cdjfhb.com

摘要 不同组合填料曝气生物滤池在相同条件下进行挂膜试验。进水流向为上流式,挂膜方式为复合接种挂膜,即先用活性污泥闷曝接种,然后逐步提高进水流速,直到滤料表面形成稳定的生物膜。

结果表明:33d后挂膜成功,在温度为16~24℃,水力停留时间(HRT)为1h,DO为6mg/L的情况下,陶粒BAF对CODMn和NH3—N的去除率分别为23%和80% ;沸石BAF的去除率分别为27%和84%;组合填料BAF去除效果最好,去除率分别为32%和92%。

曝气生物滤池(Biological Aerated Filter,BAF)综合了过滤、吸附和生物代谢等多种净化作用,使其具有占地小、出水质量好、流程简单、对环境影响小等诸多优点[1]。在美国和日本,90年代初已有50多座BAF处理设施投入了运行。在国内,BAF在处理给水方面的应用正成为研究的热点。

填料是曝气生物滤池的核心部分,其表面结构、物理和化学特性将对生物膜的附着生长起着至关重要的作用[4~6]。目前,国内外研究人员对单一填料曝气生物滤池研究得比较多,而对组合填料形式的曝气生物滤池研究较少。本文将采用陶粒、沸石、沸石-生化棉组合形式的填料载体进行微生物挂膜启动分析,探讨不同填料在挂膜启动阶段的除污特性。


1 试验材料与方法

1.1 试验装置与材料

曝气生物滤池反应器采用有机玻璃加工成柱状结构,壁厚5mm。内直径30mm,高1 500mm。三个滤柱并联运行,1#柱填料为6mm左右的陶粒填料,厚度600mm,每隔200mm设一取样口。承托层厚度100mm,粒径6~8mm,由下到上依次递减。2#柱为沸石填料,3#柱为双层滤柱,上下两层中间用多孔滤板隔开,上层为沸石填料2~3mm,填料高度300mm,其中底部有100mm卵石承托层;下层为悬浮填料,上下层之间有100mm水垫层。试验装置见图1。


①水箱 ②蠕动泵 ③气泵 ④溢流口 ⑤反冲洗出水

⑥出水口 ⑦取样口 ⑧反冲洗进水图1 试验装置


1.2 测定项目及方法

氨氮的测定采用纳氏试剂分光光度法;高锰酸盐指数采用酸性法测定。

1.3 启动过程

试验采用受污地表水体进行复合式接种挂膜。进水水流方向采用上流式,先将活性污泥注满试验装置,然后进行闷曝。连续闷曝6d(每3d换一次)后改为小流量进水,并逐渐加大进水流量至设计流量。在温度为16~24℃,水力停留时间(HRT)为1h,DO为6mg/L的情况下,使微生物逐渐适应进水水质。在整个挂膜期间,每天对高锰酸盐指数、氨氮等指标进行测定。

2 结果与讨论

2.1 高锰酸盐的去除效果

由图2可知,曝气生物滤池在启动5d后1#滤柱出水高锰酸盐质量浓度为12.18mg/L,高锰酸盐指数去除率很低,此时微生物处于生长期,生物量少,对高锰酸盐的去处作用弱,主要由陶粒层颗粒间的机械截留作用去除。

图3和图4可见,2#、3#出水高锰酸盐质量浓度分别降到11.57mg/L、10.48mg/L,说明这阶段沸石填料上生物膜还没成熟,去除作用主要是沸石的吸附作用。但这种吸附是有限的,有研究表明,沸石只能去除天然水体的大分子有机物,对小分子的有机物吸附效果很差[7]。3#去除率比2#高,主要因为除了上层沸石填料的吸附作用,下层的悬浮填料也具有一定的截留作用。

第15天,高锰酸盐去除率分别达到17.5%、22%、26%,表明异养菌大量生长,对有机物起到一定的降解作用。第33天去除率分别达到22.3%、27%、32%,说明填料上的异养菌数量达到最高数量并稳定,微生物膜生长成熟,生物膜对高锰酸盐的去除除了降解之外,生物膜上的微生物絮体还减少了填料之间的空隙,对水中的有机物起到一定的吸附、过滤作用。

由于填料载体的不同理化性能,在挂膜期间对高锰酸盐的去除效率是不一样的,组合填料BAF的去除效果最好,下层生化棉层在有机物的去除上占有很大比重,这与大量异养微生物在生化棉层的富集有关。

2.2 氨氮去除效果

由图5可知,1#运行到第13天去除率为12.3%,进、出水氨氮质量浓度很接近,因为这几天是碳化异养菌占优势而硝化细菌是在填料上附着与适应的阶段,碳化异养菌对自养硝化菌的生长、繁殖产生抑制作用,所以生物滤池主要是碳化异养菌的培养阶段,尚未发挥硝化功能,而且氨氮仅有的一点去除率,是来自异养菌同化作用消耗氨氮的结果。第15天去除率为17.7%,之后氨氮的去除率呈现上升趋势,说明填料表面已经附着生长了一定量的硝化细菌。第33天去除率为82%,说明生物膜有大量的硝化细菌,生物膜已成熟。

图6和图7显示2#、3#反应器启动期间对氨氮的去除效果,进水氨氮平均浓度为12.2mg/L时,第2天出水氨氮值分别为8.7mg/L、8.2mg/L,去除率分别为28.7%、33.1%,第16天突然下降,随后去除率又呈现上升趋势,第33天出水值分别为1.4mg/L和0.9mg/L,去除率达最高值。由于沸石对氨氮具有离子交换和吸附作用,因此其启动过程中对氨氮的去除不同于陶粒BAF。

结论

(1)在相同条件下使用曝气生物滤池工艺,对不同填料进行挂膜试验,33d后挂膜成功。

(2)陶粒BAF最终对CODMn的去除率稳定在23%左右,而沸石填料BAF为27%左右,组合填料BAF为32%左右。在 NH3-N 去除方面,陶粒BAF保持80%的处率,而沸石填料BAF的去除率为84%,组合填料的去除率在92%。

(3)本试验组合填料BAF在处理污染水源水时下层轻质载体处于流化状态,可以高效的去除有机物、截留悬浮物,同时上层天然斜发沸石,比表面积大,氨氮去除率高,可以达到氨氮和有机物同时高效去除的目的。






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