好氧MBBR连续流和间歇流的挂膜试验研究张永祥

第26卷第3期2010年6月　　哈尔滨商业大学学报(自然科学版)JournalofHarbinUniversityofCommerce(NaturalSciencesEdition)　　Vol.26No.3Jun.2010:2009-10-29.:国家自然科学基金项目(40372113).:张永祥(1962-),男,教授,博士生导师,研究方向:水资源管理和污染控制模拟技术研究.MBBR张永祥1,姚伟涛1,肖社明2,李晓丹2(1.,100124;2.,130021)　:采用合适的挂膜方法能够加速好氧移动床生物膜反应器(MBBR)的启动,并能使其稳定运行.通过不同填充率下静态清水试验,观察了相应曝气强度下移动床生物膜反应器中填料流化状态,测定其充氧性能,且通过试验对连续流和间歇流两种挂膜方法进行了比较,对两种挂膜方法下填料上的生物膜厚度和生物相及填料对有机物和氨氮等指标的去除情况进行了测定和分析.结果表明,反应器的最佳填充率为50%;间歇式进水的挂膜方法可以加快好氧移动床生物膜反应器的启动,一个月左右COD去除率能达到将近60%,氨氮去除率在90%左右,生物膜厚度大多在100～150μm,显微镜下观测到的生物相已比较丰富,出现了钟虫、吸管虫类原生动物,启动时间明显少于采用连续式进水的挂膜方法;连续式进水的试验条件下得出培养生物膜的最佳水力停留时间(HRT)在5h左右.:移动床生物膜反应器;挂膜;连续流;间歇流:X703　　　　　:A　　　　　:1672-0946(2010)03-0295-05Experimentalresearchontwostart-upmethodsofaerobicmoving-bedbiofilmreactorwithcontinuous-flowandsequencingbatchoperationZHANGYong-xiang1,YAOWei-tao1,XIAOShe-ming2,LIXiao-dan2(1.SchoolofCivilEngineeringandArchitecture,BeijingUniversityofTechnology,Beijing100124,China;2.ChinaNortheastMunicipalEngineeringDesignandResearchInstitute,Changchun130021,China)Abstract:Usingappropriatebiofilmculturingmethodscouldspeedupthestart-upofaerobicmovingbedbiofilmreactor(MBBR)andmakeitsoperationstable.Thecirculationstateofcarriersatdifferentaerationintensityisobservedandthecorrespondingoxygenationproper-tiesaredeterminedinaclearwaterexperimentaboutthereactor.Furthermore,twostart-upmethodswithcontinuous-flowandsequencingbatchoperationarecomparedandthebiofilmthicknessanditsbiofaciesduringtheaerobicstart-upareanalyzed.Theresultsshowthatthebestfillingrateofthereactoris50%.Comparingwiththestart-upwithcontinuous-flowprocess,thestart-upwithsequencingbatchoperationcouldacceleratethemicroorganismsaccumulationintheaeratedcarriers,andshortenthestart-uptime.Inthethirtydaysfromthestart-upwithsequencingbatchoperation,theremovalefficiencyofCODandNH+4—Nisupto60%and90%respectively,andwhat'smore,mostofthebiofilmthicknessisrangefrom100μmto150μm,andwiththeemergenceofprotozoaasvorticellaandsuctoria,thebiofaciesisrelativelyabundant.Inaddition,itcanbedrawnaconclusionthatthebesthy-draulicretentiontime(HRT)ofbiofilmculturingisapproximately5hoursinthecontinuous-flowprocess.Keywords:moving-bedbiofilmreactor;start-up;continuous-flow;sequencingbatchDOI:10.19492/j.cnki.1672-0946.2010.03.011　　移动床生物膜反应器是在生物滤池和流化床工艺基础上发展起来的一种污水处理新技术.它集活性污泥法和各种生物膜法的优点于一体,具有运转灵活、水损低、耐冲击负荷、泥龄长、剩余污泥量少、无需定期反冲洗、无需载体回流、无需清洗滤料和更换曝气器的特点[1-3].要更好地发挥好氧移动床生物膜反应器的生物氧化功能,必须在填料表面形成稳定的生物膜.采用合适的挂膜方法对其快速启动和稳定运行有着重要的意义.目前研究提高移动床生物膜反应器处理效率的较多,但对反应器启动的研究较少.本试验采用连续流和间歇流2种挂膜方法进行对比,以期找到适合好氧移动床生物膜反应器的挂膜方法,为工程实践提供有益的启示.1　试验部分1.1　本试验工艺流程如图1所示,污水从原水箱由可调节流速的蠕动泵提升,经转子流量计进入移动床底部,再从移动床的上部流出,进入二沉池,最后出水.1—;2—;3—;4—;5—;6—;7—;8—;9—;10—1　　　本试验主体装置是由有机玻璃制成的移动床生物膜反应器,该反应器由上部反应区圆柱体和下部沉淀区圆锥台组成,其主要尺寸如表1所示.1　总容积/L反应区容积/L沉淀区容积/L直径/cm总高度/cm1512320501.2　主要的检测项目及方法见表2.2　检测项目分析方法温度温度计NH+4—N纳氏试剂法pH值55500-10型pH计DOH12400P型DO测定仪COD5B-3(B)COD多元测速仪1.3　1.3.1　载体试验采用大连宇都BioMTM微生物膜载体.它是一种新型悬浮填料,具有较大比表面积,使得生物挂膜容易,生物膜附着力强,固着活性微生物量大,亲水性好,生化处理效率高.填料为短管状,内设交叉面支撑,外有鱼鳍状沟棱.载体主要技术参数如表3所示.3　BioMTM密　度/(g·cm-3)孔隙率/%比表面积/(m2·m-3)总比表面积/(m2·m-3)0.96～0.998461411001.3.2　水质状况试验所用原水的水质状况见表4.4　pH值COD/(mg·L-1)BOD5/(mg·L-1)NH+4—N/(mg·L-1)NO-3—N/(mg·L-1)TN/(mg·L-1)0.96～0.99200～40090～20050～1000.42～1.5060～1101.4　1.4.1　确定最佳填充率试验反应器的填充率会影响填料的流化状态和反应器的充氧性能,也会直接关系到系统工艺的处理效果,本部分试验分别从载体的流化状态和反应器的充氧性能2个方面来确定反应器的最佳填充率.1)不同填充率下填料的流化状态试验将填料分别以10%、20%、30%、40%、50%、·296·哈尔滨商业大学学报(自然科学版)　　　　　　　　　　　第26卷60%、70%的填充率加入到移动床反应器中,进行静态清水状态试验,观察填料在不同曝气强度下的流化状态和分布情况.2)不同填充率下反应器的充氧性能试验本部分试验在水温为20～21℃,室内气体温度为24～25℃时进行.首先在清水试验条件下,用Na2SO3以CoCl2为催化剂进行脱氧,然后分别测定填充率为0%,10%;30%;50%;70%,曝气3h的水中溶解氧值.1.4.2　连续流和间歇流两种挂膜方法的启动试验1)连续式进水法培养生物膜首先采用化学氧化-铁离子覆盖技术处理聚乙烯填料表面,其目的是使通常带负电性的聚乙烯填料表面变成带有正电性,这样就大大缩减了微生物与载体间的排斥力,将改变、加速微生物的附着、固定过程[4].将氧化后的聚乙烯填料以填充率50%放入反应器中,接着接种北京工业大学建工学院市政工程试验室A/O工艺试验二沉池的回流污泥,稀释至1.0g/L左右,倒入反应器,因通常认为接种污泥量在1.0g/L左右为宜[5-6].静置24h,使污泥与填料充分接触,之后将污泥全部排放出反应器.然后正式开始进水曝气启动试验,本试验共分为3个阶段,其中第1阶段历时17d,第2阶段历时20d,第3阶段历时25d.运行工况参数如表5所示.试验的每个阶段每天取样1次,检测进水和出水水样的COD值及NH+4—N值,并且每隔一段时间取出部分载体在显微镜下观察.5　工况段HRT/h曝气量/(L·h-1)DO/(mg·L-1)水温/℃pH值第1段650∶13.0±0.323±16.14～7.47第2段2.524∶12.0±0.323±16.89～7.13第3段548∶12.8±0.324±16.98～7.182)间歇式进水法培养生物膜污泥接种及所用填料均同连续式进水法.污泥接种后,进行间歇式进水培养生物膜,一天进行2个周期,每个周期为12h,首先进水,接着连续曝气10h,再停止曝气,静置1h,然后放掉一半水,再补充满污水,进行下一个周期.本阶段试验共运行32d,曝气量为120L/h,水温为24～31℃,在同一个周期内不同阶段的pH值变化很大,最低到6.06,最高到7.94,但是在停止曝气那个阶段的pH值变化较小,在6.86～7.2之间.配合每个试验进程,间隔一定时间取进水、曝气后和沉淀后水样测定COD值及NH+4—N值,同时每隔一段时间取出部分载体在显微镜下观察.2　试验结果与讨论2.1　试验过程中观察了填料在不同曝气强度下的流化状态以及不同填充率下反应器的充氧性能,其中填料的充氧性能如图2所示.观察不同曝气强度下填料的流化状态时发现:在反应器填充率较低时,填料流化较容易,运动速度较快,且均匀分布在中上部,但流动方向比较乱.随着填充率的增加,填料流化过程逐步变慢,填料运动速度也逐步下降,其分布均匀且慢慢从上面往下填充,但流动的方向性变好;填充率为50%时,填料流化速度继续减慢,填料能均匀分布在整个反应器中,运动速度适中,流动方向性也很好;填充率升高到70%时,填料流化速度变得很慢,填料不能形成上下流化,在反应器的上部甚至出现滞留不动的现象,中部出现严重的相互拥挤、摩擦现象.2　从图2中可以看出不加入填料,反应器的充氧能力很低,随着填充率的增加,充氧能力呈上升趋势,在填充率为50%时达到最大值.但填料再增加时,充氧能力反而有所下降.分析原因如下:一方面加入一定量填料后,在曝气作用下,气泡由水底向上升,填料在反应器中翻腾、滚动,大气泡被切割成小气泡或微气泡,加大了气液接触面积,提高了氧传递系数,有利于氧的转移.另一方面由于曝气作用,水流紊动程度较无填料时大,加速了气液界面的更新和氧的转移,使氧的转移速率提高.但是当填料填充率再加大时,填料在反应器内流化状态受阻,水紊动程度也降低,氧的传递速率下降,氧利用·297·第3期　　　　　　　　　　　张永祥,等:好氧MBBR连续流和间歇流的挂膜试验研究率降低.综合考虑不同填充率下填料的流化状态和对MBBR充氧性能影响这两主要方面的因素,并且顾及到填料