应用多孔轻质无机载体的紊动床生物膜反应器_王怡

紊动床生物膜反应器自上世纪90年代开发以来，受到研究者的广泛关注。该反应器的特点是采用密度接近于水的悬浮载体，目前国内外普遍采用有机合成材料制成的悬浮载体。有机材料表面多呈疏水性，所以载体挂膜周期较长，系统启动较慢。同时有机载体尺寸一般较大且主要利用内表面积，使得反应器填充率高达70%且易于形成较厚的生物膜[1]。高填充率不仅增加了建设投资，而且也使运营费用提高；厚生物膜活性较差也易于形成氧的扩散限制。因此，开发研究挂膜周期短、利用外表面积的比表面积较大的载体，对于紊动床生物膜反应器的广泛应用具有重要意义。本研究首次开发出了一种无机多孔悬浮载体，并将该载体应用于紊动床生物膜反应器，研究其挂膜周期以及反应器和生物膜的特性。试验装置如图1所示。反应器由有机玻璃加工而成，内径为13cm，总高50cm，有效容积为4.0L。进水位于反应器下端2cm处，出水口位于反应器上部，溢流出水。出水口设置孔径2.5mm的筛网，以防载体流失。曝气系统由空气压缩机和石英砂曝气头组成，气量采用转子流量计计量。曝气头位于反应器的底部以保证整个反应器内载体处于紊动状态。试验装置载体填充率为30%（v/v）。试验废水采用人工配制，成份见表1。挂膜及运行工艺条件见表2，工艺条件变化主要在于改变系统的负荷。水质分析主要监测COD、NH4+-N和PO43--P，分别采用重铬酸钾法、纳氏试剂分光光度法和钼锑抗分光光度法[2]。生物量测定采用重量法，主要通过悬王怡，彭党聪(西安建筑科技大学环境与市政工程学院,陕西西安710055)开发了一种多孔轻质无机载体并将其应用于紊动床生物膜反应器，探讨应用该载体的紊动床生物膜反应器及生物膜特性。结果表明：当填充率为30%时，紊动床生物膜反应器完成启动仅需要18d；采用该载体形成的生物膜厚度较小（＞500!m）；当反应器微生物浓度为2.022～3.226gVS/L时，反应器对有机物的去除能力最高可达11.685kgCOD/m3·d。多孔轻质载体；紊动床生物膜反应器；薄生物膜X703.1A1000-3770(2006)08-0070-03收稿日期：2005-06-10基金项目：国家自然科学基金重点项目（50138020）作者简介：王怡（1971-），女，博士，讲师，研究方向为水污染控制的理论和技术；联系电话：13002930089；E-mail：wangyi1003@sina.com.cn。项目浓度（mg/L）项目浓度(mg/L)COD(乙酸钠)NH4+-N（氯化铵）310!121613.3863.85PO43--P微量元素溶液[2]2.49#15.31.0mL/L基质Table1CompositionofsyntheticwastewaterFig.1Schematicoftheexperimentsystem�����������������������第32卷第8期2006年8月Vol.32No.8Aug.,2006!DOI:10.16796/j.cnki.1000-3770.2006.08.019浮生物量和附着生物量获得总生物量及总微生物浓度,采用烘箱、马弗炉和电子天平等设备仪器。生物膜研究中一个主要的参数为生物膜厚度，首先定义生物膜表观厚度(!ob)为单位质量载体上的附着生物量平均分配到各个载体表面时生物膜的厚度，试验通过测定单位质量载体表面的生物量和生物膜干密度[3]间接计算生物膜的表观厚度!ob。接种污泥采用西安市北石桥污水处理厂氧化沟污泥，污泥经淘洗曝气处理后，进行接种。在如表2所示条件下挂膜7d后，可以看到载体表面长出的淡黄色薄膜。根据单位载体上所附着的生物膜量以及出水COD浓度的历时变化（图3），可以看到至第18d时系统基本完成挂膜。这时，载体表面已被球菌及杆菌覆盖（图2），整个载体浑圆光滑。该系统挂膜周期之所以较短，主要是因为采用的载体为无机亲水材料且表面粗糙多微孔，有利于细菌的附着。图4为运行阶段系统进出水溶解态COD浓度及生物膜表观厚度（!ob）历时变化。由图4中可以看出，在一定负荷下，生物膜表观厚度相对稳定；随着负荷的增加，生物膜厚度略有增大，但在试验条件下，即使容积负荷上升为16.98gCOD/L·d时（即阶段V的平均负荷），生物膜厚度仍小于500!m。因此，采用该载体的紊动床以形成薄生物膜为特征。利用外表面积的载体以及反应器中完全混合的水力流态是这一特征形成的根源。对于好氧过程，薄生物膜对于系统是有利的，因为薄生物膜避免了剥落现象的发生，不但有利于出水水质的稳定，而且有利于系统生物量的稳定。采用该新型载体的紊动床生物膜反应器作为生化反应的核心工艺，其效能是本试验研究的目标之一，试验以碳去除率为主要衡量参数。挂膜完成后，系统进入不同条件下的连续运行阶段。试验中水力停留时间短（1.6!2.4h），生物膜碰撞