生物膜应用于MSBR工艺的试验研究—悬浮填料之开发

摘要：通过小试试验研究了将生物膜法处理技术引入MSBR工艺中的可行性，并以对CODcr、NH3-N去除率的影响作为主要考察目标。试验结果表明，生物膜法处理技术引入MSBR工艺是可行的，在处理生活污水时，可以使整体去除效率提高十个百分点以上； CODcr、NH3-N的去除率分别可达87.0%、90.2%以上；其出水CODcr和NH3-N指标均达到城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918－2002）一级标准A类的要求。
   
  关键字：污水处理 生物膜 MSBR 去除率 　　悬浮填料是80年代末期出现的一种新型生物膜法处理方法，它吸收了生物流化床和生物接触氧化法两者的优点成为一种高效的污水处理方法。MSBR技术是采用时间分割的操作方式，非稳定生化反应。MSBR是SBR技术的应用和发展的一个变种，它虽然改进了传统SBR工艺高闲置的缺陷，但其操作过程的复杂化，使得其结构简单的特性被忽视。为保持MSBR工艺中的连续曝气区稳定运行，需采用相应的措施。悬浮填料生物膜法和活性污泥法的联合作用，提高了生物污泥总量，强化了反应器污泥活性，反应效率大幅度提高；有灵活高效、耐冲击负荷高、处理构筑物体积较小的特点，将使处理负荷比传统SBR工艺显著提高，明显减少了反应器的体积，十分适用于中、小城镇及生活小区等水质水量变化较大的废水处理。〔1〕
  　　1 试验装置与方法
  　　1.1 试验装置
  　　1.1.1 反应器
  　　自制MSBR反应器由有机玻璃加工而成，尺寸为60mm×30mm×40mm，总有效容积为50L；
  　　1.1.2 主要设备及材料
  　　HL-5回流泵2台；
  　　0ACO－008鼓风机1台；
  　　微孔曝气器若干；
  　　填料：Φ53mm×53mm，柱型向心条。
  　　1.1.3 装置及工艺流程示意见图1。
  

　　图 1 试验工艺流程图

　　1.2  试验方法
  　　1.2.1 水样
  　　试验水源取自某生活小区化粪池，PH值在6.5～9.0之间，CODcr为150~350mg/l，NH3-N为15~50mg/l，TP为3.0～6.0mg/l。
  　　1.2.2 水质分析
  　　悬浮物（SS）、污泥浓度采用重量法分析；CODcr采用X J—I型COD消解装置，滴定法；NH3-N、 NO3-N、NO2-N采用哈纳多功能参数仪分析；溶解氧/氧化还原电位（DO/ORP）采用在线DO/ORP 测定仪；生物镜检采用摄录像显微镜。
  　　1.2.3 试验准备
  　　试验准备包括填料挂膜和培菌。培菌采用接种培驯法和间歇换水方式。每天换水两次。持续到填料表面生物膜生长成黄色褐絮状膜，膜厚约0.5～2.0mm 时为止。通过镜检发现生物膜形成初期，膜中有大量密实菌胶团，游泳状原生动物（盾纤虫、变形虫等）居多，有固着型钟虫出现，后期发现有轮虫和线虫等后生动物产生，水中的挂膜后填料见图2。
  

　　图2 挂膜的填料

　　1.2.4 试验流程：
  　　反应器的三个功能区即进水区、主曝区、SBR区（又分为两平行区A、B区）分别承担各自的功能，完成生物的有机物降解。连续运行按一天运行6个周期，每周期4个小时。污水从进水区，流经主曝区在第一个半周期内从A区沉淀出水。而在第二个半周期内原污水同样由进水区进水，流经主曝区出水则从B区沉淀出水。当A区排水时，B区搅拌，曝气，预沉，A、B区相互交替运行。A（B）区搅拌时间为40分钟，曝气50分钟，预沉淀30分钟。
  　　2 结果与分析
  　　2.1 生物膜应用于MSBR工艺中CODcr、NH3-N的去除效果
  　　进水流量Q=3l/h，连续进水，HRT＝13hr，DO为2.0～5.0mg/l，悬浮填料填充率为30%，进水CODcr浓度为170～265mg/l时，CODcr及NH3-N的进出水指标见图3和图4。

　　图3  CODcr的去除效果

　　图4  NH3-N的去除效果

　　由图3、图4可以看出，无论CODcr还是NH3-N，其去除效果的主要指标均达到城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918－2002）一级标准A类的要求。
  　　悬浮填料MSBR工艺主曝气区CODcr、NH3-N 指标相对较稳定，受进水浓度变化影响较小。
  　　2.2 生物膜对CODcr的去除率的影响
  　　选择有填料 (填充率ξ＝30%)与无填料进行对比实验。对比实验采用相同的控制条件：进水流量Q=3l/h，连续进水，回流比1:1，DO在2.0～5.0mg /l， NH3-N进水浓度为18～42mg/l。有、无生物膜时主曝气区和系统总的CODcr去除率见图5。
  

　　从图5可以看出，无悬浮填料时，主曝气区平均去除率为68.6％；系统平均总去除率为77.6％。有悬浮填料时，主曝气区平均去除率达78.4％；系统总平均去除率为87.0％。可见主曝气区投加生物膜后，主曝气区 CODcr的去除率和系统总的CODcr去除率明显提高，总去除率提高约10个百分点。
  　　另外，从曲线可以看出去除率随进水浓度波动情况，无填料时总去除率变化范围在62～82％之间，相对波动较大；而有生物膜时总去除率变化范围在82～90％之间，波动较小。说明悬浮填料MSBR工艺耐冲击负荷能力较强。
  　　2.3  生物膜对NH3-N的去除率的影响
  　　选择有填料(填充率ξ＝30%)与无填料进行对比实验。对比实验采用相同的控制条件：进水流量Q=3l/h，连续进水，回流比1:1，DO在2.0～4.0mg/l之间，NH3-N进水浓度为18～42mg/l。有、无生物膜时主曝气区和系统总去除率见图6。
  

　　图6 生物膜对NH3-N去除效果的影响

　　从图6可以看出，无生物膜时，主曝气区NH3-N平均去除率为48.6％ ；系统总平均去除率为66.7％。有生物膜时，主曝气区平均去除率达76.3％；总平均去除率达91.5％。可见应用生物膜后，NH3-N的去除效果显著提高。
  　　3 结论
  　　1) 生物膜法应用于MSBR工艺 ，其出水CODcr和NH3-N指标可达到城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918－2002）一级标准A类的要求。
  　　2) 生物膜法应用于MSBR工艺对CODcr和NH3-N去除效率较高，明显高于未投加生物膜的处理效果；其中表现在氨氮去除效果上尤为明显；CODcr和NH3-N去除效率分别提高十个百分点、二十个百分点左右。
  　　3) 试验所使用生物膜的填充率对填料流态及处理效果有很大影响，30%的填充率为较佳选择。
  　　4) 由于生物膜具有无需支撑，流失易于控制等特点，该工艺较适用于中、小型污水处理厂或小区污水处理。
  　　参考文献：
  　　[1] 夏四清. 生物膜生物反应器去除有机污染物和氨氮的中试研究[J]. 工业给排水,2000,No.2;
  　　作者简介：郝志明，男，1977.10生于安徽省临泉县，毕业于青岛建筑工程学院（现青岛理工大学），武汉华电环境工程设计有限公司，工程师。

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