改性填料对移动床生物膜反应器性能的影响

2010年第30卷第6期化工环保ENVIRONMENTALPROTECTIONOFCHEMICALINDUSTRY改性填料对移动床生物膜反应器性能的影响郭志涛,任洪强,丁丽丽(南京大学环境学院污染控制与资源化研究国家重点实验室,江苏南京210093)[摘要〕分别选取3种不同柱状悬浮填料,采用两级好氧移动床生物膜反应器处理低浓度化工废水。实验结果表明,在平均有机负荷为1.67kg/(m,·d)、废水pH为7.5一7.8、温度为32~33℃、HRT为sh、第一级反应器Do为0.5一1.0m岁L、第二级反应器DO为1.5一2.om留L的条件下,A型悬浮填料(添加改性剂和微量元素、妞ommxlomm)、B型悬浮填料(添加改性剂和微量元素、小25mmxlomm)和C型悬浮填料(无添加剂、小10mmx10mm)的COD平均去除率分别为82.2%、81.8%和70.6%。〔关键词〕移动床生物膜反应器;悬浮填料;改性;生物膜;废水处理[中图分类号]X703[文献标识码〕A[文章编号]1006一1878(2010)06一0473一04InfluenceofModiifedCarriersonMovingBedBiofllmReactorGuohZiato,RenOHngqiang,DingLili(StateKeyLaboratoryofPollutionControlandResoucreReuse,SehoolofEnvironment,NanjingUniversity,NanjingJiangsu210093,China)Abstraet:Thelowconeentrationche而calwastewaterwastreatedbythetwo一stageaerobiemovingbedbioiflmeraetor(MBBR)withhtreeeolumn一fomrsusPendedcarriers.TheexPerimentalresultsshowthatunde:theconditionsofaverageorganicload1.67kg/(m,·d),wastewaterpH7.5一7.8,temperature32一33℃,HRTsh,DOoftheifrststagereactor0.5一1.Omg/L,DOofhtesecondstagereactor1.5一2.0mg/L,hteaverageCODremovalratesofearrierA(wihtmodiifersandtraeeelementsadded,小10mmxIOmm),earrierB(wihtmodiifersandtraeeelementsadded,中25nmIx10mm),andc二ierC(withoutadditiveadded,小10mmx10mm)are82.2%,81.8%,70.6%,resPectively.Keywords:movingbedbioiflmreaetor;susPendedcairrer;modiifcation;bioiflm;wastewatertfeatmellt移动床生物膜反应器(MBBR)吸收了传统流化床和生物接触氧化法的优点,是一种高效的废水处理方法L’,zJ。悬浮填料是MBBR工艺的核心部分,直接影响到MBBR的处理效能「’」。近年来,研究者们开发出了大量新型悬浮填料,已广泛应用于废水处理〔`。吴根等〔’利用聚氯乙烯球状悬浮填料处理生活污水,COD去除率达95%。王学江等〔“〕采用MBBR工艺处理石化废水,出水指标均达到国家排放标准。魏海娟等〔7采用iBoMTM载体处理生活污水,氨氮去除率在93%以上。Dalenotft等`8〕利用聚乙烯悬浮填料处理工业废水,coD去除效果良好。Rusten等Lg〕研究了悬浮填料在处理水产养殖废水时的影响因素。海景等「’。〕用改性聚丙烯填料处理模拟废水,结果表明,改性填料具有更高的废水处理效率和更大的挂膜量。本工作采用两级好氧MBBR工艺处理某化工厂废水,对3种填料在相同工况下的COD去除率进行了比较,考察了在不同废水pH条件下,采用3种不同填料的两级MBBR运行稳定性的差异,以期为水处理工程设计中的悬浮填料选择和新型高效填料的研发提供一定参考,并为该工艺实际运行提供经验。[收稿日期]2010一03一22;上修订日期]2010一07一13。〔作者简介]郭志涛(1984一),男,河北省邯郸市人,硕士生,主要从事环境污染防治技术的研究。电话[phone],电邮[e-mail]。[基金项目丑国家高技术研究发展计划(863计划)项目(2以刀A(A)33《X)3);江苏省高校科研成果产业化项目(」HOS一1)。·474·化工环保ENVIRONMENTALPROTECTIONOFCHEMICALINDUSTRY2010年第30卷1实验部分1.1材料和仪器实验用废水取自某大型化工、化纤和建材联合制造企业的废水处理厂。废水COD为《刃一850nl岁L,p(NH3一N)为1.0一1.5mg/L,Tp为0.5一l.omg/L,pH为5.0一13.0,温度为40一44℃。实验用A,B,C3种柱状悬浮填料的照片见图1,悬浮填料的物理性质见表1,填料加人量为MBBR反应器有效容积的30%。B型图l悬浮填料照片悬浮填料材质表l悬浮填料的物理性质密度/规格有效比表面积/种类A型B型C型(g·em一,)0.960.960.94一0.96(m,·em一,)高密度聚乙烯为主,添加多种微量元素及改性剂高密度聚乙烯为主,添加多种微量元素及改性剂高密度聚乙烯小10fnmx10mm小25mmx10nmI小10mmx10rnln500400350S一3400N型扫描电子显微镜(SEM)旧本日立公司;JPBJ一608Do分析仪:上海精密科学仪器有限公司;Hl98107笔式酸度计:意大利HANNA公司。1.2实验装置和流程MBBR由聚氯乙烯制成,长60em、宽30cm、高60cm,有效容积90L,反应器用挡板隔为两室,两室采用穿孔管曝气,用空压机供气,用空气转子流量计控制曝气量。组建了3套相同的两级MBBR废水处理装置,分别采用A、B和C3种填料进行实验。两级MBBR处理废水的工艺流程见图2。实验用废水通过自吸泵输送至调节罐,调节COD:川N):川)P为100:5:1,废水pH为7.5一7.8。废水在调节罐冷却后由计量泵输送至反应器,反应器内温度控制在32一33℃。第一级MBBR第二级MBBR沉翻粤两级MBBR处理废水工艺流程实验首先采用活性污泥挂膜法[川进行填料挂膜,进水为生活污水;挂膜完成后,采用实验用工业废水进行驯化;驯化完成后,在相同运行条件下进行废水处理效果对比实验,运行43d,考察不同类型悬浮填料对反应器COD去除效果的影响;最后,将废水pH由7.5一7.8提高至9.5一10.2,考察废水pH对反应器运行稳定性的影响,历时34d。整个实验历时god。1.3分析方法采用快速密闭催化消解法测定废水c0D〔`,〕;采用DO分析仪测定DO;采用酸度计测定pH;采用SEM观察生物相。2结果与讨论2.1废水处理效果对比实验在HRT为sh、平均有机负荷为1.67gk/(m,·d)、第一级反应器DO为0.5一1.0mg/L、第二级反应器DO为1.5一2.0mg/L的条件下,3种悬浮填料对出水COD的影响见图3。由图3可见:运行29d后,采用悬浮填料A与B的出水COD均稳定在100mg/L以下,平均出水COD分别为85·7mg/L和92.4mg/L,平均COD去除率分别为82.2%和81.8%;采用悬浮填料C的平均出水COD为147.5mg/L,平均COD去除率为70.6%。在历时43d的对比实验中,两种改性填料的COD降解效果均优于普通填料C,主要原因是改性填料具有良好的亲水性与生物亲和性,使得生物活性高,处理效果好。实验结果还表明,在处理该类第6期郭志涛等.改性填料对移动床生物膜反应器性能的影响·475·废水时,填料的亲水性与生物亲和性对处理效果的影响大于填料比表面积对处理效果的影响,因此,两种改性填料的处理效果相差不大。相关研究表明,经生物亲和亲水及磁化改性的填料的挥发性有机物挂膜量比普通填料增加近3倍L”」。理效果的差异。图4废水pH对出水COD的影响悬浮填料A的出水COD;.悬浮填料B的出水COD;悬浮填料C的出水COD;.废水pH图33种悬浮填料对出水COD的影响悬浮填料:.A型;.B型;`C型2.2废水pH对反应器运行稳定性的影响废水pH对出水COD的影响见图4。由图4可见:随进水pH升高,3种悬浮填料的出水COD逐渐增大;恢复进水pH为7.5一7.8后,出水COD逐渐降低;运行34d后,分别采用A,B,C3种悬浮填料的出水COD依次降低。填料之间亲水性与生物亲和性的差异会造成填料表面生物膜结构及组成之间的差异,宏观上则表现为反应器之间稳定性及处2.3生物膜结构特征填料表面生物膜的种群结构不仅受反应器运行条件和进水水质影响[’4一’6〕,而且也受悬浮填料种类的影响〔’7〕。各种生物膜的sEM照片见图5。由图5可见:采用悬浮填料C的第一级MBBR生物膜含有大量的无机盐杂质,丝状菌内的通道较少,丝状菌和球菌的含量少于其他两种悬浮填料。因此,采用悬浮填料C的出水COD高于采用其他两种悬浮填料的出水COD。在相同运行条件下,生物膜的结构、组成、活性及生物量的多少决定了出水水质的好坏。图5各种生物膜的SEM照片3结论a)经过生物亲和性改性的悬浮填料在COD去除率和不同废水pH条件下MBBR运行的稳定性方面均优于普通填料。b)在平均有机负荷为1.67kg(/m,·d)、废水·476化工环保ENVIRONME卜TALPROTECTIONOFCHEMICALINDUSTRY2010年第30卷pH为7.5一7.8、温度为32一33℃、HRT为sh、第一级MBBR的Do为0.5一1.0mg/L、第二级MBBR的DO为1.5一2.0mg/L的条件下,A、B和C3种悬浮填料的COD平均去除率分别为82.2%、81.8%和70.6%。c)悬浮填料主要通过影响膜微生物的数量、活性和生物膜的组成以及结构,对反应器运行效能产生影响。在选择填料时,填料的表面特性应作为重要的评价指标。参考文献1郭天赐,王怡,张引中等.不同填充率对移动床生物膜反应器的产泥性能影响研究.环境工程学报,2009,3(2):249一2522张景丽,幸福堂.移动床生物膜工艺特点、研究现状及发展.工业安全与环保,2003,29(4):13一153范福洲,康勇.废水处理用生物膜载体研究进展.化工进展,2005,24(2):97一1004高凤霞,李听,齐红卫等.悬浮填料在废水生物处理中的应用进展.化工环保,2005,25(4):271一2745吴根,宋存义,郭湛.悬浮填料生物床反应器处理高校生活污水.环境污染治理技术与设备,2005,6(1):87-896王学江,夏四清,张全兴.用移动床生物膜反应器处理石化废水.化工环保,2001,21(6):333一3367魏海娟,张永祥,施同平.移动床生物膜系统同步硝化反硝化脱氮研究.水处理技术,2009,35(3):50一538DalentoftE,hTulinP.Theuseoftheka1dnessusPendedea币erProeessintreatmentofwastewatersfromthefoerstindust仃.WaterSeiTeehnol,1997,35(2一3):123一1309RustenB,EikebrokkB,UlgenesY,etal.DesignandoPerationsoftheKaldnesmovingbedbioiflmeractors.AquaculturalEng,2006,34(3):322一33110海景,黄尚东,张凡等.改性聚丙烯生物填料的制备与应用.化工环保,2006,26(4):333一33611伏小勇,陈学民,许生辉等.生物