复合生物反应器处理废水特性的研究_王建龙

复合生物反应器处理废水特性的研究王建龙吴立波钱易(清华大学)摘要研究了复合反应器中载体填充量及有机负荷对两相生物量的影响。结果表明:随载体填充量的增加,附着生物量及总生物量增加,但单个载体附着生物量减少。附着生物量及附着生物量与总生物量的比值随有机负荷的增加而增加,说明复合反应器在较高负荷下运行时,附着生物量对有机物的去除起主要作用。关键词复合生物反应器;自固定化;附着相生物;悬浮相生物;多孔载体;废水处理1前言活性污泥法是目前废水好氧生物处理的主要方法,由于其中微生物呈悬浮生长态存在,因此受活性污泥沉降性能、二沉池分离效果影响甚大,运行不够稳定,容积负荷也受到污泥浓度的限制。生物膜法或称附着生长微生物体系,可以大大提高反应器中微生物的浓度及容积负荷并减轻二沉池的负荷,近年来日益受到人们的关注。利用附着生长型微生物(固定化微生物)和悬浮生长型微生物(游离微生物)混合体系构成复合生物反应器(hybridbiologicalreactor),可以充分发挥两相(附着相和悬浮相)微生物各自的长处,使两者场长避短、相互补充,用于废水处理容积负荷高、运行稳定,具有明显的优势和广阔的应用前景[1]。在曝气池中投加载体供微生物附着生长,以提高反应器中污泥浓度及运行稳定性是提高活性污泥法效能的有效措施。国外研究表明[2-5],可以明显地改善污泥的沉降性能,克服污泥膨胀现象,并且硝化菌优先地附着生长在载体上,使硝化作用与悬浮相生物的SRT无关。目前国内鲜见这方面的报道。本研究探讨在现有的污水处理厂的基础上,通过向曝气池中投加多孔悬浮载体供微生物附着生长,以提高反应器中生物浓度,改善污泥的沉降性能,提高曝气池的硝化能力,从而大大提高现有污水处理厂的处理能力和运行稳定性。本文将报道复合反应器内悬浮相和附着相生物量的变化及其影响因素。2材料与方法2.1实验装置实验进水通过泵提升并控制在恒定的流量,与二沉池回流污泥一起经同一管路由曝气池底部进入反应器。压缩空气经过气体流量计进入反应器。反应器出水进入二沉池沉淀后,以溢流方式出水。反应器为高1m、直径102mm的有机玻璃柱,有效容积7.85L。二沉池亦为有机玻璃柱,高330mm,直径114mm,体积3.4L。实验流程如图1所示。图1实验流程图1.泥水混合2.曝气池3.二沉池4.气体流量计实验所用载体为聚氨酯多孔泡沫块,其特性参数见表1。载体在反应器内占总体积的10～20%。投加载体目的是增加曝气池中附着相生物量及曝气池的总生物量,以提高反应系统的处理能力及运行稳定性。表1载体的性能参数载体参数密度(kg/m3)空隙率(%)微孔孔径(mm)尺寸(mm)数值28～30901.0～1.510×10×102.2实验条件实验用水取清华大学学生宿舍区的生活污水,根据试验要求的有机物(COD)浓度,投加一定量的葡萄糖、尿素及磷酸二氢钾。在正常情况下,维持进水中的291998Vol.14No.2中国给水排水营养物质比值为C∶N∶P=100∶5∶1。实验参数如表2。表2实验系统参数参数项数值曝气池体积(L)7.8二沉池体积(L)3.4回流比(%)100HRT(h)6.0COD(mg/L)180～770有机负荷(kgCOD/m3·d)0.76～3.04载体投加量(%)10～201.32.3分析方法从反应器中取出定量载体,在温度103～105℃下烘干至恒重(W1)。然后用20%的NaOH溶液浸泡,在电炉上煮沸并同时用玻璃捧挤压、搅拌载体,使附着污泥全部脱落,再用清水冲净载体,在103～105℃烘干至恒重(W2)。W1-W2即为载体上附着的生物干重。根据测定中取出的载体数量及反应器总载体数量,可折算出反应器中附着的生物浓度。试验过程中利用扫描电子显微镜观察污泥的结构和形态。样品的制备过程为:等电点干燥→脱水→干燥→喷金→电镜观察3结果与讨论3.1两相生物量随时间的变化在曝气池中投加载体后,反应器中悬浮相和附着相生物量的变化情况如图2。图2两相生物量随时间的变化1.附着相生物量2.悬浮相生物量投加载体后,反应器中悬浮相污泥浓度急剧下降,附着相污泥浓度迅速上升。反应器运行到4h时附着相污泥浓度即达到2.6g/L,说明选用的载体具有很强截污能力,有利于反应器的迅速启动和维持较高的生物量。反应器运行稳定后,两相污泥浓度达到平衡且附着相污泥浓度高于悬浮相污泥浓度。电镜观察反应器中的生物相如图3所示。从图3可以看出,载体空隙中截留或附着较多的丝状菌,从而改善悬浮相污泥的沉降性能。说明多孔悬浮载体有明显的截留作用,可以有效地防止丝状菌引30中国给水排水1998Vol.14No.2图3生物相的扫描电镜照片起的污泥膨胀,增加反应器的运行稳定性。3.2载体浓度对两相生物量的影响考察了不同的载体浓度对反应器中悬浮相和附着相生物量的影响,结果如图4。图4