一体式膜生物反应器同步除碳脱氮效果

第33卷第4期河北理工大学学报(自然科学版)Vo1．33No．42011年11月JournalofHebeiPolytechnicUniversity(NaturalScienceEdition)Nov．2011文章编号：1674-0262(2011)04-0123-04一体式膜生物反应器同步除碳脱氮效果刘贯一，彭秋月(河北联合大学建筑工程学院，河北唐山063009)关键宇：生物膜；膜生物反应器；除碳脱氮；SND摘要：选取聚丙烯中空纤维膜为载体材料，通过改变向生物膜的供氧途径，并在一个膜生物反应器内完成同步除碳脱氮的最佳条件，实现去除氮污染的目的。初步试验结果表明：当面接触时间为11．5h，有机物去除率达到73％，TN的去除率达到62％，NH一N的去除率约为62％。中图分类号：X703．1文献标志码：A目前，含氮化合物的排放量急剧增加，引发了严重的水体环境污染和水质富营养化问题⋯。传统的废水生物处理工艺去除污水中的氮污染量很少，通常只有10％～13％_2J。因此，研究废水处理工艺中的脱氮新思路、新技术及合适的控制条件是有效去除废水中含氮物质，控制水污染的重要研究课题，也是废水深度处理研究中的核心问题-4J。本试验研究设想能否在一个单体设备中实现连续的除碳、脱氮功能。目的在于改变传统生物膜法的培养方式，将其通气方法改为由载体的一侧进入，使得生物膜两侧的好氧、厌氧微生物相对位置将发生反转，实现同步硝化反硝化，最终达到去除氮的作用。利用疏水性的中空纤维作为载体，借助水与纤维之间相互作用在微孔处形成的界面张力平衡水压力，阻止污水进入中空纤维内部。而中空纤维膜表面处于富氧状态，微生物极易在膜表面进行积累从而形成生物膜。此时，氧气由膜内腔直接透过膜传递至生物膜，被微生物所利用，传氧效率高。对于传统生物膜，溶解氧由外向里浓度逐渐降低，相应生长着好氧微生物、兼性微生物和厌氧微生物。而对于本试验所研究的生物膜，溶解氧从里往外降低，当供氧条件控制得当时，反应器处于缺氧或者厌氧状态，生物膜最外层可以生长厌氧微生物，即相对于传统生物膜，好氧层和厌氧层相对位置发生反转。这样的反转有利于微生物进行硝化反应。这是因为透气膜载体表面的生物膜底层溶解氧浓度大，有机物的浓度经过外层生物膜的降解后降低，是硝化微生物反应的适宜条件(好氧环境、低BOD浓度)I夕层微溶解氧和无氧环境、充足的有机碳源可以满足反硝化微生物生长需要，这两个过程的结合即可完成脱氮的全过程。因此，在操作条件适宜的情况下，可以实现同步除碳脱氮功能J。本试验的生物膜中氧气浓度和污染物浓度分布定性关系如图1所示：生物膜，一----——一———I一——透缺氧区气～～一＼一一、～～、，，膜＼一～：．一一一：_一一、～～～．．．．．～{收稿日期：2010．10．17图1生物膜中氧气浓度和污染物浓度断面示意图124河北理工大学学报(自然科学版)第33卷1试验装置与试验方法1．1试验材料生物膜反应器中的填料是决定生物膜反应器污泥处理效率与质量的主要因素之一。根据试验要求，选择的膜要具有透气而不透水，耐高水压，大表面积等特点，结合目前膜的发展，载体材料选用聚丙烯中空纤维膜(购自蓝十字膜技术有限公司)，其平均外径约为0．42l'nln，壁厚为5Om，开孔率约为50％。1．2水质分析方法各项水质指标都采用国家标准分析方法测定：1)CODc，，用重铬酸钾法(GB11914—89)测定；2)NH，用纳氏试剂比色法(GB7479-87)测定；3)TN，用日本三菱公司TN05型总氮测定仪；4)pH，用玻璃电极法(GB6920—86)测定；1．3试验用水、接种污泥本试验用水模拟生活污水采用人工配制：用自来水加淀粉、氯化铵(NHC1)、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾，微量元素用碳酸氢钠、氯化钙、硫酸镁、氯化铁等营养盐来模拟生活污水水质。NHC1作为NH一N的来源，用来产生水中的NH，，淀粉作为BOD来源。为了增加微生物浓度需投加活性污泥，活性污泥取白唐山市西郊污水处理厂曝气池，对反应器进行接种。1．4试验装置图2试验设备图试验所用反应器为连续式装置，用有机玻璃制成。用6mm的有机玻璃粘制成反应器主体和导气匣，中空纤维膜组件用聚丙烯中空纤维几根一束分别固定到导气匣上。比表面积为81．2rn／m。，载体的排挤系数约3％。为防止水在空气中发生氧化、分解，将水箱放置在冰箱之内。1．5试验过程1)检查中空纤维微孔膜组件是否漏气，漏水；检查无误后，装配试验装置；2)装配完后精细调节；向污水水箱注入配制好的人工污水，并加设恒水位装置，调节反应器主体的高度，使反应器内水位既淹没所有纤维膜组件也不会从反应器溢出。启动整个试验装置，开始培养生物膜；为了加快生物膜的培养及其成熟速度，在反应器中投加从西郊污水处理厂的曝气池中取来的活性污泥，并且可将所配置的人工