两段曝气生物滤池进行生活污水处理及经验模型研究_王春荣

第一作者:王春荣,女,1978年生,博士研究生,研究方向为污水生物处理。*黑龙江省2002年杰出青年专家基金资助项目。两段曝气生物滤池进行生活污水处理及经验模型研究*王春荣1王宝贞1王琳2(1.哈尔滨工业大学水污染控制研究中心,黑龙江哈尔滨150090;2.中国海洋大学,山东青岛266003)摘要采用两段曝气生物滤池进行生活污水处理,A段反应器进水负荷分别控制在9.17、15.59、22.01m3/(m2d),气水比为6∶1(体积比,下同),而B段气水比则控制在2∶1。试验结果表明,系统出水稳定优质(SCOD<30mg/L、NH3-N<4mg/L、SS<10mg/L),若做进一步的消毒处理后可进行回用。同时,从简化工艺设计的角度出发,针对A段进、出水溶解性COD(SCOD)和反应器高度,建立了一套经验模型。通过大量的试验数据模拟,推算出不同水力负荷下的经验模型常数n和K值,从而为工程设计提供了依据和方法。关键词曝气生物滤池(BAF)溶解性COD(SCOD)经验模型20世纪80年代末,曝气生物滤池(BiologicalAeratedFilter,BAF)在欧洲开始发展起来[1]。作为一项新的污水处理技术,进入20世纪90年代后,BAF掀起了研究和开发的热潮。如今,BAF在欧洲、北美及日本等国已被广泛应用,在国内大连市马兰河污水处理厂也率先应用了这种工艺。因其能同时去除SS、COD和部分氨氮,又可省去二沉池,大大减少了占地面积。目前世界各地已有几百座BAF处理设施,其应用领域包括城市污水处理、生活污水处理、工业废水处理和中水回用工程等。本文采用两段BAF进行生活污水的试验,目的是使脱碳和脱氮微生物分居不同的反应器内,各负其职,达到良好的脱碳、脱氮效果。同时BAF属固定式生物膜工艺,目前有关生物膜反应器数学模型方面的研究比较多,划分起来主要分为两类:机理模型和经验模型。机理模型主要运用动力学机理和某些工程原理,研究个性的机理问题[2～5],主要集中在微观领域。虽然它能精确地描述反应器的行为,但根据基本原理测定参数对设计者和运行操作者来说不太实际。与机理模型不同,经验模型仅考虑工艺进、出水浓度的变化,即水力负荷或有机负荷与营养物质去除率之间的关系,而无需考虑微观领域的东西,易于应用。因此本文又在Mann等[6]研究的基础上,建立了只与进出水浓度和反应器高度有关的经验模型,从而为实际工程提供设计依据。1材料和方法1.1试验装置本试验装置由有机玻璃加工而成,反应器为圆柱形,高度2m,直径10cm,A段有效容积11.8L,B段有效容积13.8L(见图1)。图1试验装置1.高位水箱;2.平衡水箱;3.A段反应器;4.填料;5.扩散器6.取样口;7.B段反应器;8.曝气泵;9.流量计两段反应器中均装有火山岩填料,粒径均介于3～5mm,具体填料特性见表1。火山岩填料是取自五大连池火山口的天然矿石,它是火山喷发时的岩石融化物冷却凝固后形成的,由于喷发后瞬间冷却,其中容有很多气体,致使其孔隙度较好。表1填料特性填料堆积密度/(kgm-3)实际密度/(kgm-3)孔隙度/%火山岩0.628×1031.673×10362.51.2原水及试验方法试验用水为实际生活污水,取自哈尔滨工业大学二校区家属区,其主要水质参数见表2。该水质为经过筛网过滤后的原水水质。反应器从底部进水,气水同向。A段反应器分别112环境污染与防治第27卷第2期2005年4月DOI:牨牥牨牭牴牳牭牤jcnki牨牥牥牨牠牫牳牰牭牪牥牥牭牥牪牥牨牨表2生活污水的水质情况mg/L(pH除外)项目SSSCODNH3-NTNTPpH范围60.21～98.64100.55～201.2034.30～40.3836.18～49.223.88～7.346.50～8.18平均值75.80165.8038.2045.104.357.20在9.17、15.59、22.01m3/(m2d)的水力负荷下运行,气水比6∶1(体积比,下同),水温为15.0～20.5℃,B段气水比2∶1,稳定运行后定时测定反应器进、出水及各取样口处的SCOD、SS、NH3-N、TN、TP、pH和溶解氧以考察反应器内SCOD随高度变化的特点及去除有机物的效能。所有分析项目均按标准方法进行。1.3模型的理论基础BAF与接触氧化工艺有类似的特征,接触氧化处理工艺是微生物反应,其中BOD去除率与BOD浓度有关,两者之间呈一次反应关系[7]。同时根据Mann等[6]的研究结果,认为在BAF内生物膜对基质的利用也符合一次反应关系,即:dSdt=-kS(1)两侧积分后,得:t=K'lnS0Se(2)式中,t为接触反应时间,h;S0为原污水COD值,kg/m3;Se为处理水COD值,kg/m3;k,K'为反应速率常数。然而t是与填料的容积负荷相关的,即