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组合滤料曝气生物滤池处理人工景观水体的研究
作者:管理员    发布于:2016-05-03 08:36:31    文字:【】【】【

  滤料是曝气生物滤池(BAF)重要的组成部分,选用不同的滤料对曝气生物滤池的处理效果会产生较大的影响1.活性炭和沸石均为多孔物质,但表面性质和吸附性能各具特点。活性炭是非极性吸附剂,对水中色、嗅、味、农药和大部分有机物有良好的去除效果,但对极性物质吸附效果不佳;沸石表面极性较强,晶格中有可交换的阳离子,能有效去除水中极性物质和金属离子。另外,由于生物沸石对氨氮的吸附和生物再生具双重作用,因此具有较好的耐氨氮冲击负荷能力0.郑广宁,等:组合滤料曝气生物滤池处理人工景观水体的研究笔者将活性炭和沸石组合作为曝气生物滤池的滤料处理景观水体,充分利用二者在去除有机物和氨氮上的互补作用,并提高耐有机物、氨氮冲击负荷的能力,用以解决人工景观水体因补水水源及面源污染中有机物和营养盐输入造成的水质恶化问题。

  1试验材料及方法1.1试验装置及材料BAF由有机玻璃制成,内径为100mm,柱高为4mm的煤质柱状活性炭滤料,比表面积为840m2/g,平均孔径为1.61nm,下部650mm是粒径为2~3mm的沸石滤料,比表面积为43.2m2/g,平均孔径为8. 5nm,柱底装填100mm的碌石作为承托层。反应器底部设穿孔曝气管、反冲布水管,采用下向流运行方1.2原水水质及测试方法试验在上海市某大学校园人工景观水体现场进行,将该景观水与城市生活污水按不同比例混合,分别模拟低污染、中污染、重污染程度景观水体,模拟水质见表1.表1模拟原水的水质状况COD采用重铬酸钾法测定;氨氮采用纳氏试剂比色法测定。

  2结果与讨论活性炭-沸石曝气生物滤池采用活性污泥接种培养生物膜,经过30d左右的启动运行,显微镜观察可见生物膜中菌胶团结构良好,有钟虫等原生动物出现,表明活性炭挂膜成功,进入稳定试验运行阶段。

  2.1耐冲击负荷能力分析在HRT为40min、气水比为1:1的条件下,考察系统耐COD和氨氮冲击负荷的能力,结果分别见由可知,对低、中、重度污染的模拟景观水体中00的去除率分别为48.2、58.1、67.4,出水浓度均稳定低于25mg/L,可以满足汉类水质要求。对COD的去除率随进水浓度的增加而提高,这是因为提高进水浓度相应增加了微生物可利用的营养物质,促进了微生物的生长和繁殖。同时,由于降解有机物的异养菌比增长速率较快,对环境的适应性较强,故对COD表现出定的耐冲击负荷能力3.由可知,对低、中、重度污染的模拟景观水体中氨氮的去除率分别为74.8、5.6、0.3,出水氨氮均稳定低于1.5mg/L,可以满足汉类水质要求。这是因为沸石滤料可以同时作为离子交换剂和硝化菌的生物膜载体,充分发挥沸石的离子交换作用、硝化作用以及沸石的生物再生作用。稳定运行时,以正常的氨氮负荷进水,此时离子交换反应达到动态平衡,主要是以硝化反应为主。当增加氨氮负荷时,硝化菌不可能在短时间内得到增殖,此时破坏了沸石的离子交换反应平衡,促使沸石对氨氮的吸收,因而对高氨氮负荷就有较好的缓冲作用,能够保持较好的出水水质。当降低氨氮负荷时,液相氨氮浓度低于与固相中氨氮相平衡的浓度,交换反应发生逆转,已被沸石交换的氨氮被水中其他阳离子交换下来,释放出部分氨,被硝化菌所利用,直至水中氨浓度降至较低,此时沸石得以全部或者部分再生,可以继续循环使用。因此,沸石滤料具有较强的耐氨氮负荷冲击能力。

  2.2水力停留时间的影响:1条件下,考察了水力停留时间对中度污染景观水体处理效果的影响。结果表明,当停留时间从78min缩至40min时,对COD的平均去除率由58.3提高到67.4.这是因为适当缩短停留时间有利于异养菌的快速繁殖,老化微生物得到及时去除,从而使生物膜的活性和传质作用得以增强,因此对COD的去除效果有所提高。当停留时间继续缩至25和20min时,对COD的平均去除率明显下降。这是因为过大的滤速对生物膜表面产生较大的水力冲刷,有机物未得到充分降解就已随水流流出滤柱体外。由此可见,对COD的平均去除效果与停留时间并非呈简单的线性关系4.对氨氮的去除率随着水力停留时间的缩短而逐渐降低,当水力停留时间由78min缩至20min时,对氨氮的平均去除率由85.5降低到40. 5以下。主要原因是,水力停留时间缩短后,有机物浓度和水力剪切力增加所带来的冲击导致异养菌生长迅速,生物膜更新速度加快,系统的生态震荡性加强,对底物、溶解氧和pH值条件要求比较苛刻的氨氧化菌及硝化菌在与异养菌的竞争中处于劣势,总体活性下降。再加上缩短水力停留时间、增加水力负荷导致滤柱运行周期缩短,反冲频繁,而氨氧化菌及硝化菌的比增长速率远低于异养菌,使其在反冲洗过程中更易被洗脱出去,从而降低了整个反应器的硝化能力5. 2.3气水比的影响在水力停留时间为40min条件下,考察了气水比对中度污染景观水体处理效果的影响。不同气水比下对COD的去除效果见。

  运行天数/rl不同气水比下对OCD的去除效果由可知,在不曝气情况下,对COD的去除率仅为43.5,随着气水比的增加,对COD的去除率逐渐提高,当气水比为1:1时,对COD的平均去除率为61.0.主要原因:在不曝气条件下,由于进水端有机物浓度较高,异养菌在降解有机物的同时消耗了大量溶解氧,导致反应器内溶解氧浓度在0.6m高度已经迅速下降至2mg/L以下。对反应器进行曝气后,整个滤层的溶解氧浓度上升,有利于提高反应器内微生物的生物活性,这不仅会对生物滤池去除可降解物质的能力产生影响,而对于难生物降解物质的去除也会产生有利作用。此外,传质作用的加强以及生物同化不可降解物质水平的提高,均会对出水COD浓度的降低产生积极作用6.不同气水比下对氨氮的去除效果见。

  由可见,在不曝气情况下,对氨氮的去除率仅为55.3,当气水比为1:1时,活性炭-沸石曝气生物滤池对氨氮的去除率可以提高到80. 5以上。这主要是因为:异养菌的生长繁殖速度比硝化菌要快,异养菌首先利用水中的氧,在营养较为丰富的条件下大量繁殖,同时由于生物膜的增厚也阻碍了氧向生物膜的传递。而硝化菌是一种严格的好氧菌,当水中溶解氧不足或氧透过膜到达硝化菌表面的传递速度下降时,硝化菌吸取水中溶解氧的能力比异养菌差,这些限制了其生长繁殖,使硝化反应受到影响0.曝气后反应器内的溶解氧浓度明显增加,溶解氧不再成为硝化菌生长的限制因素,为硝化菌的生长提供了良好的生存条件,沸石吸附脱氮的优势得到显现。但当气水比由1:1增加为2:1时,对氨氮的去除率由80.5下降到75.5,这主要是由于曝气量的增加导致水流扰动,不利于反应器下段亚硝化菌及硝化菌的生长繁殖,使得对氨氮的去除效果下降。

  3结论活性炭-沸石曝气生物滤池对不同有机物、氨氮污染程度(低、中、重)进水均具有较好且稳定的处理效果,在试验条件下,出水有机物和氨氮浓度均能满足W类水质要求。以活性炭和沸石组合作为曝气生物滤池的滤料,可以充分发挥二者的优点,克服其不足,具有较强的耐有机负荷和氨氮负荷冲击的能力。

  水力停留时间对有机物去除的影响并非线性,适当缩短停留时间可以提高生物膜活性和增强传质作用,有利于去除有机物,但是停留时间过短、滤速过大会造成有机物降解不完全或生物膜脱落等问题,反而影响去除效果。随着停留时间的缩短,对氨氮的去除效果逐渐降低,硝化作用逐渐下降。

  提高气水比可以增加反应器内溶解氧的浓度,有利于微生物的生长繁殖,从而提高对有机物和氨氮的去除效果,但是过大的气水比会导致反应器内靠近进气口端剧烈的水流扰动,对此处主要生长的亚硝化菌及硝化菌的生长繁殖造成影响,因此对氨氮的去除效果反而下降。

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