水力负荷对不同流向曝气生物滤池性能的影响_马骥

-37-科苑论谈水力负荷对不同流向曝气生物滤池性能的影响马骥胡勇有凌霄(华南理工大学环境科学与工程学院,广东广州510641)自20世纪80年代末问世以来,曝气生物滤池(BAF:biologicalaeratedfilter)一直受到国内外科研人员的关注,对其性能的研究也不断深入,在技术上已取得了长足进步。其研究工作主要集中在下向流(DBAF:down-flowbiologi-calfilter)或上向流(UBAF:up-flowbiologicalfilter)工艺下某方面的特性上,如滤料的先择、工艺操作条件、专项污水处理、工艺组合等,而对运行方式的比较研究相对较少。有研究表明,运行方式比填料性能更为重要[1];下向流更适用于以陶粒和塑料为填料的双层滤料滤床且有较高的去除率[2];刘军[3]认为在有机物去除方面上向流优于下向流。虽然目前有关水力负荷对上向流或下向流曝气生物滤池的研究已较为成熟,但有关不同流向曝气生物滤池的同步综合比较研究却很少见报道。本研究以华南地区典型生活污水为处理对象,同步比较了上向流和下向流曝气生物滤池的性能,并结合滤床中的生物膜特性的分析,为曝气生物滤池运行方式的选择提供依据。1材料与方法1.1试验装置与条件试验装置为2套有机玻璃加工的圆柱状曝气生物滤池,具体装置及流程见图1。柱体内径为140mm,高度为2.5m,柱体内陶粒填充高度为(1.5±0.1)m;滤池每隔20cm设置一取样口,底部设曝气穿孔管和反冲洗布水管;柱体内填料采用广州市华穗轻质陶粒制品厂生产的球形生物陶粒,其主要性能指标见表1。试验用水采自华南理工大学校园内生活污水,水质概况见表2。试验运行方式分别采用上向流和下向流,气水比始终控制在3:1~4:1,DO保持在2.5mg/L以上。1.2分析项目与方法1.2.1分析方法及仪器COD:重铬酸钾法,XJ-1型COD消解装置;氨氮:纳氏试剂光度法,TU1800SPC分光度光度计;浊度:浊度仪;DO:JPB-607型溶解氧分析仪;PH:ECPH/602K电极[4]。1.2.2生物膜性能分析微生物的生物量及其活性的检测方法已有许多详细介绍[5]。结合实验条件,采用最方便易行又简单可靠的耗氧速率(OUR:OxygenUptakeRate)检测微生物降解的耗氧活性,生物膜的脂磷含量表示微生物量[6]。耗氧速率测定:将反应器内污水排空,不同高度各取10g沥干陶粒,混匀后取20g置于已经消毒的250ml具胶塞三角瓶内,然后加入经过充分曝气充氧的反应器进水至满,同时水浴恒温。实验前先将溶氧探头插入通压缩空气饱和的蒸馏水中,然后参照该温度下氧的饱和溶解度数据对仪器进行校正,再将溶解氧探头伸入三角瓶内,并密封三角瓶,后将整个水浴装置置于电磁搅拌器上直至恒温,开始中速搅动,记录静态下DO值随时间的变化,结果以μgO2/(g陶粒·h)表示。脂磷含量测定:配制氯仿:甲醇:水为1:2:0.8的萃取液。取10g混匀的陶粒样品置于具塞三角瓶中,之后加入萃取液50mL,盖上瓶塞充分振荡约10min,静置12h再加入氯仿和水最终使氯仿:甲醇:水达1:1:0.9,静置24h,然后将混合液下层的氯仿相移入消解管中,于65℃~70℃水浴蒸干。用过硫酸钾消解后测定磷含量,结果以nmol(Lipid-P)/g(陶粒)表示[7]。2试验结果与分析实验用陶粒填料均取自挂膜完成且已运行稳定的中试规模BAF构筑物,UBAF和DBAF在1.5m3/m2·h下各经一周运行待出水水质恒定后从小水力负荷开始连续增加,在整个期间对UBAF和DBAF分别从CODcr、NH4+-N、浊度以及OUR、生物膜上细菌总数进行观测来比较各自的性能。2.1水力负荷对UBAF和DBAF生物膜特性的影响曝气生物滤池之所以具有良好的有机物和氨氮去除效率,与填料表面生物膜中的微生物对污水中有机物和营养物的吸附和氧化分解作用分不开的,因此微生物的生长状态直接关系到曝气生物滤池的工作性能,考察曝气生物滤池生物膜的特性可以从根本上了解UBAF和DBAF在相同条件下各自的性能,图1和图2是分别从UBAF和DBAF不同高度取一定量的陶粒经混匀在水力负荷改变下的OUR和脂磷变化图。实验取样后水浴恒温28±0.2℃,pH值在6.9~7.3之间。由各图可以看到,由于所用填料相同,随着水力负荷增加,供微生物生长的养分逐渐满足微生物生长的需要,UBAF和DBAF中生物膜的活性和生物量都显著增加,但当水力负荷增加到一定程度,一方面由于新陈代谢,新的生物膜不断生长、老化的生物膜从陶粒载体上逐渐脱落,另一方由于水力冲击的影响造成部分未老化的生物膜脱落下来,从而使得载体上的生物量随着水力负荷的加大呈现减少的趋势。运行周期内陶粒生物膜中所积累的微生物达到一定量时,其代谢活动将趋于稳定,因而微生物的活性也将