新型移动床生物膜反应器深度处理模拟养猪废水试验研究_邱光磊

2009-1045(5/6)北京师范大学学报(自然科学版)JournalofBeijingNormalUniversity(NaturalScience)631新型移动床生物膜反应器深度处理模拟养猪废水试验研究＊邱光磊1,2)宋永会1,2)袁鹏1,2)彭剑峰1)崔晓宇1)向连城1)(1)中国环境科学研究院城市水环境研究室,100012,北京;2)北京师范大学水科学研究院,水沙科学教育部重点实验室,100875,北京)摘要将新型移动床生物膜反应器(movingbedbiofilmreactor,MBBR)用于模拟养猪废水深度处理的试验,研究了反应器结构特征、水力停留时间(HRT)以及填料填充比对反应器处理效果的影响.通过优化反应器结构,实现了反应器内的功能分区,提高了反应器处理效率.MBBR用于模拟养猪废水深度处理的试验结果显示,新型MBBR反应器可实现模拟养猪废水中有机物和营养物的同步良好去除,在HRT为8h,气水比12∶1,填料填充比例为40%的条件下,化学耗氧量(COD),NH+4-N去除率达90%以上;同时实现了总氮(TN)的同步硝化反硝化(SDN)脱除,去除率达85%以上.关键词移动床生物膜反应器;养猪废水;深度处理;同步硝化反硝化＊国家高层次留学回国工作人才资助项目(2004—2005);“十一五”国家科技支撑计划资助项目(2006BAD14B09)通信作者收稿日期:2009-05-280引言养猪废水是一类高浓度农业生产有机废水,其化学耗氧量(COD),NH+4-N的质量浓度(ρ)分别可达2000～10000,500～2500mg·L-1,总磷(TP)的ρ近100mg·L-1[1],处理难度大,受到国家环保部门和国内外研究者的普遍重视[2].目前,国内外针对养猪废水特点研究和开发了一系列废水处理和资源化新工艺,实现了废水的达标排放[3-7],但即使达到畜禽养殖业污染物排放标准要求的ρ(COD)400mg·L-1,ρ(NH+4-N)80mg·L-1,ρ(TP)8mg·L-1[8]水平,水中有机物和营养物的ρ仍然较高,若直接排入地表水体,仍会对水环境带来压力,有必要进行深度处理,尤其是在水环境保护重点地区更是如此.移动床生物膜反应器(movingbedbiofilmreactor,MBBR)是1988年由挪威KaldnesMijecpteknogi公司与SINTEF研究机构在Scandinavian联合开发的一种新型生物膜污水处理工艺[9].它既具有传统生物膜法耐冲击负荷、泥龄长、剩余污泥量少的特点,又具有活性污泥法的高效性和运转灵活性[10-11],且反应器可实现废水中有机物和营养物的同步去除[12-13],出水水质较好.本文对传统MBBR反应器,进行了结构优化,构建了新型缺氧-好氧内循环MBBR,并进行了模拟养猪废水深度处理试验,研究了新型MBBR反应器同步去除二级生物处理后养猪废水中残留的有机物和营养物的特性,为降低养猪废水污染治理技术提供借鉴.1试验材料与方法1.1试验装置与进水水质1.1.1试验装置如图1所示,MBBR试验装置由有机玻璃制成,尺寸为:40cm×20cm×40cm,有效容积20L.反应器分为A,B两段,中间由孔率可调的有机玻璃穿孔板隔开.图1试装验置示意图A段为缺氧段,前端底部安装潜流泵,中间设置导流板,在潜流泵的推动作用下,A段内形成顺时针水力环流;B段为好氧段,后端底部设置曝气头,中间设置导流板,在曝气的作用下,好氧段内形成逆时针水632北京师范大学学报(自然科学版)第45卷力环流.在两区对向环流带动下,混合液可以从B段内循环回流到A段.通过反应器内中间隔板的设置,在同一个反应器内实现好氧和缺氧的功能分区;通过两分区内水力的对向流动,实现了混合液从好氧区到缺氧区的回流,节省了外部回流带来的动力消耗,提高了反应器内曝气和机械搅动的能量利用率,同时改善了反应器内的混合状态,提高了基质和溶解氧(DO)传质效率以及反应器内空间利用率,从而提高了反应器处理效能.反应器填料采用AnoxKaldnesTM公司生产的KaldnesTMK3填料.填料呈短管状,尺寸为25mm×d12mm,有效比表面积为500m2·m-3.1.1.2进水水质试验采用人工合成的模拟养猪废水,模拟已达到《畜禽养殖业污染物排放标准GB18596—2001》限值,但仍需要深度处理的废水,其水质指标为pH7.0,COD,NH+4-N,TN,TP的ρ分别为300.0,40.0,40.0,5.0mg·L-1.1.2试验内容及分析方法1.2.1试验内容采用设计流量下连续培养的方式[14]启动反应器.首先在HRT为8h,气水比例12∶1,填料填充比40%条件下,研究了反应器内中间隔板添加对反应器内DO分布以及有机物和营养物去除效率的影响.然后,在填