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塑料填料曝氣生物濾池處理河水的應用研究
2019-08-15 閱讀：次
以曝氣生物濾池(BAF)處理河水時出水氨氮小于0．5m L為目標，通過試驗室小試對幾種新型塑料填料的掛膜性能、硝化速率等進行了對比研究，選出了佳填料為4號。通過現(xiàn)場中試對 4號填料的掛膜運行情況、氣量要求、硝化速率及氨氮沖擊負荷等情況進行了研究。結果表明，在試驗條件下，4號填料完夠滿足處理要求。同時具有壓力損耗低、反沖洗頻率低的點。
曝氣生物濾池 (BAF)作為一種有效的水處理工藝，以其出水效果好、運行穩(wěn)定、占地小等點在水處理中得到重視，特別是在凈水處理和處理中應用廣泛 。
填料是 BAF的重要組成部分，它是微生物的載體，決定了反應器內附著生長的微生物量，也影響著內部傳質效果，同時對懸浮物有一定的過濾作用。不同的填料，其基建投資、運行成本和處理的效果都會有差異，選擇一種合適的填料是 BAF工 藝的關鍵環(huán)節(jié)，有著重要的意義。
近年來一些研究和實踐顯示，塑料填料與傳統(tǒng)的陶粒濾料相比，具有曝氣量和曝氣壓力損失小、反沖洗時不易破碎、更換頻率低、能耗及運行成本低等點。因此，本研究以河水為水源，以出水氨氮小于 0．5mg／L為目標，通過小試比選了四種塑料填料，并對通過中試對比選出的佳填料的運行條件和效果進行了研究，
曝氣生物濾池 (BAF)作為一種有效的水處理工藝，以其出水效果好、運行穩(wěn)定、占地小等點在水處理中得到重視，特別是在凈水處理和處理中應用廣泛 。
填料是 BAF的重要組成部分，它是微生物的載體，決定了反應器內附著生長的微生物量，也影響著內部傳質效果，同時對懸浮物有一定的過濾作用。不同的填料，其基建投資、運行成本和處理的效果都會有差異，選擇一種合適的填料是 BAF工 藝的關鍵環(huán)節(jié)，有著重要的意義。
近年來一些研究和實踐顯示，塑料填料與傳統(tǒng)的陶粒濾料相比，具有曝氣量和曝氣壓力損失小、反沖洗時不易破碎、更換頻率低、能耗及運行成本低等點。因此，本研究以河水為水源，以出水氨氮小于 0．5mg／L為目標，通過小試比選了四種塑料填料，并對通過中試對比選出的佳填料的運行條件和效果進行了研究，
為實際設計提供了參考依據(jù)。
1 試驗材料與方法
1．1 塑料填料比選小試
1．1．1 試驗材料
試驗中四種化工填料性能參數(shù)和形狀如表 1所示 。
1．1．2 試法
接種：分別將4種填料用河水淘洗之后浸入河水中放置一夜待用；分別將取白某污水處理廠的回流污泥10L，生活污水 10L，以及河水 25L，注入 1～4號反應器中，然后放入準備好的填料，進行曝氣并采集初始樣品。
試驗流程：
a．每天8：30、20：30采集樣品，測定水體中氨氮與 COD 值，計算其耗氧速率與硝化速率。采集樣品后，加入碳源(醋酸鈉)與氮源(氯化銨)，維持反應器內氨氮濃度為 15mg／L，BOD 為 50mg／L。
b．在掛膜初期階段，為了降低加入碳源和氮源帶入的鹽分，每天停止曝氣半小時后，排出上清液 15L，并注入等體積的新鮮河水。為了適當降低器內 MLSS的濃度，從六天開始，每天排出 15L混合液，并注入等體積的河水。
c．用 CaCO 緩沖溶液調節(jié)反應器內 pH，使其維持在 7～8之 間。
d．測定培養(yǎng)期間溶解氧、pH及硝化速率變化狀況。
1．2 填料中試
1．2．1 掛膜
根據(jù)小試結果，將選出的佳填料在中試現(xiàn)場進行接種掛膜。BAF反應器直徑 1m，總高度 4．5m，填料高度 2．5m，填充率約 80％。
將經(jīng)過河水浸泡 24h的填料 同取白污水處理廠的活性污泥共同注入反應池中。填料在反應器中經(jīng)過四周左右的培養(yǎng)，以利于生物膜在填料表面的生長。整個掛膜過程中，一天內測定 1～3次 氨氮、COD 、溶解氧、MLSS以及堿度，并根據(jù)測定結果，將 KH PO 、NaCO 、CH COONa、和 NH HCO 加入反應器中以維持適宜的磷酸鹽、氨氮、COD 氨氮濃度和堿度。
在整個掛膜過程中，各試驗參數(shù)見表 2。
表 2 掛膜過程各營養(yǎng)物濃度指標
1．2．2 BAF運行試驗
經(jīng)過四周左右的試驗，掛膜完成，此時排空 BAF后開始向 BAF連續(xù)注入河水 ，初 BAF中河水 的流量為 1m ／h；不斷減少 BAF的進氣量 ，使 BAF出水 DO維持在小 4mg／L。此后四周中逐 步 BAF中河水流量，大至 6m ／h。
1．2．3 硝化速率的測定
通過兩種方法對其測定：
a．先從反應器中取 12L填料，輕輕地用河水將填料沖洗 3次，表面附著的懸浮物，并將填料平均放入三個燒杯中；然后將河水注入燒杯中直至 5L；將氨氮加入燒杯中以提高氨氮濃度，并進行曝氣，每隔1h取一次樣品并測定氨氮濃度。
b．利用 1，2．2中 BAF運行試驗所測定的進、出水氨氮濃度計算 BAF的硝化速率。
1．3 BAF氨氮沖擊負荷試驗
為確保 BAF出水氨 氮能穩(wěn)定達標，進行 BAF沖擊負荷試驗。在上述試驗完成后，通過人為改變進水氨氮濃度，并測定、計算各濃度下 BAF的硝化速率 ，以確定 BAF的處理水量與進水氨氮濃度之間的關系，計算不同處理水量下的大氨氮負荷，為設計運行提供可靠參數(shù)。
2 試驗結果與分析
2．1 填料比選小試
2．1．1 各填料掛膜與運行情況
由圖 1可見 ，硝化速率與水溫的變化趨勢一致。在培養(yǎng)的前 7天 ，硝化速率明顯上升，一方面是因為水溫上升，另一方面可能是由于微生物量的增加。從培養(yǎng) 7天開始，水溫降低，而且換水過程使各反應器內活性污泥濃度降低，因此硝化速率顯著下降。隨著水溫回升和微生物量的增加，在培養(yǎng) 13天后各反應體系硝化速率均出現(xiàn)上升趨勢。與培養(yǎng)前期相比，在相同的水溫條件下，培養(yǎng)后期即使在各反應體系活性污泥濃度已大幅下降的情況下，其硝化速率仍維持在較高的水平，對于 3、4號反應體系而言，硝化速率還硝化速率還略高于前期培養(yǎng)階段，可見培養(yǎng)期間填料表面生物膜生長良好。
2．1．2 各填料硝化速率測定
從圖 2可見 ，3號填料硝化速率好，兩次測試中分別為 0．8、1．0mgNH3-N／L／h以上 ；其次為 4號填 料，其兩次測試結果分別為 0．6、0．8mgNH 一N／L／h左右；l、2號填料則幾乎沒有發(fā)生硝化反應。從填料表面形態(tài)看，3、4號填料有明顯的生物膜生長，1、2號則不明顯。
與 4號填料相 比，3號填料比重較大，在曝氣量小的情況下，基本沉在底層，便于生物膜的生長。但是在實際運行過程中，特別是在反沖洗階段，可能會造成生物膜的大量脫落，影響處理效果。而 4號 填料流化效果好，即使在小曝氣量情況下，仍然會相互碰撞，因此生長的生物膜會相對牢固。鑒于此，本研究認為 4號填料為佳填料，并用4號填料進行后續(xù)試驗。
2．2 中試運行
2．2．1 BAF運行情況
圖 3顯示 了 BAF在不 同進水量情況下氨氮的去
除情況。從圖 3可見，在各個水量條件下，出水氨氮均能夠滿足低于 0．5mg／L的處理要求，其平均值為0．33mg／L。當進水流量到 6m。／h時，出水氨氮稍微增加，這表明 BAF的處理能力可能達到大 限度。
2．2．2 氣量要求
在 BAF正常 運行狀況下，相比陶粒而言，塑料填料需要的氣量更少。經(jīng)過氣體流量計測定，顯示上述反應階段的平均氣量為 3m ／h，即氣水比為 1：2，這一氣量能充分滿足 DO值保持 4mg／L的要求。而對于陶粒濾料，一般氣水比為 3：1，是當前所用氣量的6倍。
2．2．3 硝化速率測定
2．2．3．1 燒杯試驗測定結果
試驗中進行了四次硝化速率測定，并對測定結果進行了 Michaelis—Menten動力 學擬合 ，如圖 4所 示。大硝化速率為 1．67mg／(L•h)，以此所得填料表面積的大硝化速率為 50．1mg／(m •d)。
2．2．3．2 BAF運行試驗計算結果
利用圖 3中所測定的進、出水氨氮濃度計算 BAF的硝化速率，并與燒杯試驗擬合結果進行比較，如圖5所示。
在 BAF運行 到 7O～75天之間時 ，保持進水量為 6m ／h，進水氨氮濃度提高到 1．44～1．92mg／L，此時出水氨氮濃度為 0．53～0．89mg／L，基 本上不達標；而當BAF運行在 43～54天之間時，進水量為 5m。／h左右，進水氨氮濃度在2．0mg／L以上，出水氨氮超標率為55％。通過 SPSS17．0相關分析，得出進水氨氮負荷和出水氨氮濃度在 0，01水平上存 在顯著雙側正相關關系，相關系數(shù)為 0．77，兩者關系如圖 7所示 。
2．2．3．2 BAF運行試驗計算結果
利用圖 3中所測定的進、出水氨氮濃度計算 BAF的硝化速率，并與燒杯試驗擬合結果進行比較，如圖5所示。
從圖5可見，通過 BAF運行試驗結果計算得到的硝化速率波動較大，其大硝化速率為 3．0mg／L•h，這一結果明顯高于燒杯試驗所得的結果。之所以出現(xiàn)這種差異，是因為 BAF運行過 程中所得的測量結果精確性較差，且一個進水、出水和流量數(shù)據(jù)，而燒杯試驗每組數(shù)據(jù)點較多，精確性較好。
2．3 BAF氨氮沖擊負荷試驗
在 BAF運 行 30天 后，開始向進水中人工投加NH HCO ，并在不同流量下對進出水氨氮濃度及體系的氣量進行測定，如圖 6所示 。
從圖 6可看 出，在未投加 NH HCO 前，進水氨氮濃度在 0．43～1．29mg／L之間 ，當進水量從 1m ／h逐漸升至6m ／h，出水氨氮濃度稍微增加但仍小于 0．5mg／L,表明 BAF的處理能力可能接近大限 ；在 BAF運行到59～64天時，提高進水量到 7m ／h，進水氨氮濃度維持在0．79～1．5mg／L，出水氨氮濃度為0．48～0．68mg／L，基本上不能達到 0．5mg／L的控制標 準。可見，在正常進水條件下，BAF能保持氨氮穩(wěn)定達標的大進水量為 6m ／h。
從圖 6可看 出，在未投加 NH HCO 前，進水氨氮濃度在 0．43～1．29mg／L之間 ，當進水量從 1m ／h逐漸升至6m ／h，出水氨氮濃度稍微增加但仍小于 0．5mg／L,表明 BAF的處理能力可能接近大限 ；在 BAF運行到59～64天時，提高進水量到 7m ／h，進水氨氮濃度維持在0．79～1．5mg／L，出水氨氮濃度為0．48～0．68mg／L，基本上不能達到 0．5mg／L的控制標 準。可見，在正常進水條件下，BAF能保持氨氮穩(wěn)定達標的大進水量為 6m ／h。
在 BAF運行 到 7O～75天之間時 ，保持進水量為 6m ／h，進水氨氮濃度提高到 1．44～1．92mg／L，此時出水氨氮濃度為 0．53～0．89mg／L，基 本上不達標；而當BAF運行在 43～54天之間時，進水量為 5m。／h左右，進水氨氮濃度在2．0mg／L以上，出水氨氮超標率為55％。通過 SPSS17．0相關分析，得出進水氨氮負荷和出水氨氮濃度在 0，01水平上存 在顯著雙側正相關關系，相關系數(shù)為 0．77，兩者關系如圖 7所示 。
從圖中可以看出，當氨氮出水濃度為 0．5mg／L時 ，進水氨氮負荷為0．18kg／d，即91．72gNH3一N／(m3•d)，—q 邑退 )季重現(xiàn)率為 85．2％ 。因此可-1'哥FI出 ，BAF大氨氮進水負荷為 91．72gNH 一N／(m •d)。
3 結論和建議
a．小試中，通過對比四種塑料填料的硝化速率和運行效果，4號填料為佳填料。
b．中試采用 4號填料，在正常河水進水條件下，BAF系統(tǒng)大進水量為 6 Il／h，出水氨氮可以穩(wěn)定達到小于 0．5mg／L，氣量要求遠低 于常規(guī)陶粒濾料；此時填料表面積的大硝化速率為 50．1mg／(m •d)。
c．BAF在沖擊負荷下大氨氮進水負荷為91．72gNH3-N／(m。•d)。A
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