采用改性PVC填料的生物膜法污水處理實(shí)驗(yàn)研究

寧葦杭，陳志莉，楊 毅

(陸軍勤務(wù)學(xué)院 軍事設(shè)施系， 重慶 401311)

采用改性PVC填料的生物膜法污水處理實(shí)驗(yàn)研究

寧葦杭，陳志莉，楊 毅

(陸軍勤務(wù)學(xué)院 軍事設(shè)施系， 重慶 401311)

采用單級(jí)生物接觸氧化池和PVC改性填料處理人工配置的原水，通過改變?cè)瓹OD濃度、溫度、氣液比、進(jìn)水流量，對(duì)填料的掛膜時(shí)間和工藝的運(yùn)行效能進(jìn)行分析，獲得較好的工況參數(shù)。結(jié)果表明：有機(jī)負(fù)荷和溫度均會(huì)對(duì)掛膜時(shí)間產(chǎn)生影響，原水濃度越高，掛膜完成時(shí)間越短；環(huán)境溫度為30 ℃左右時(shí)，掛膜時(shí)間較短；采用好氧生物接觸法對(duì)污水進(jìn)行處理時(shí)，必須要有適量的溶解氧供給；對(duì)本研究所示的單級(jí)生物接觸氧化池，建議控制氣液比為10∶1。

單級(jí)生物接觸氧化池；PVC改性填料；工況參數(shù)

parameters

生活污水的肆意排放將對(duì)周邊水體及環(huán)境造成嚴(yán)重的傷害，威脅人民群眾的人身健康。在農(nóng)村及中小城鎮(zhèn)地區(qū)，由于污水排放量小、水質(zhì)不穩(wěn)定、地形復(fù)雜等原因，現(xiàn)行的分散式生活污水處理工藝難以大規(guī)模推廣應(yīng)用[1]。生物接觸氧化法處理污水效能好，污水負(fù)荷高，且占地面積不大，運(yùn)行操作管理容易，適用于中小城鎮(zhèn)的生活污水處理[2-3]。

填料是生物接觸氧化工藝的核心，不僅微生物的生長(zhǎng)、繁殖與填料息息相關(guān)，裝置的處理效率也會(huì)受到填料的影響[4-5]。目前市面上的生物填料主要有聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯等高分子聚合物，該類填料親水性差、氧傳質(zhì)性能欠佳[6-7]。目前針對(duì)生物填料的改性已做了較多工作[8-9]，主要是在制備生物填料中引入親水基團(tuán)，如在制備聚丙烯過程中混入水性高分子材料聚乙烯醇和聚丙烯酰胺，制造出具有親水性的塑料材料。也有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)弱磁場(chǎng)可大大提高廢水的生物降解效率[10]。

本文針對(duì)改性PVC生物填料，通過改變?cè)疂舛?、氣液比、進(jìn)水流量、溫度，對(duì)工藝的運(yùn)行效能進(jìn)行分析，以期獲得較好的工況參數(shù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)用水

試驗(yàn)原水是由人工配制而成的模擬生活污水。向放置1 d、體積為35 L的自來水中投加海藻糖、硫酸銨和磷酸二氫鉀(KH2PO4)分別作為碳源、氮源和磷源。用碳酸氫鈉(NaHCO3)來調(diào)節(jié) pH 值，使pH值在7.0 ～7.5之間。最后使試驗(yàn)原水的BOD5濃度為667～1 000 mg/L，COD濃度約為1 410 mg/L。

1.2 填料與裝置

將聚乙烯醇、聚乙二醇辛基苯基醚、硬質(zhì)酸、聚丙烯酰胺、活性炭、磁粉、聚丙烯酸酯、PVC彈性體按照5∶3∶3∶1∶2∶5∶8∶73的體積分?jǐn)?shù)混合均勻，再向其中加入經(jīng)分散潤(rùn)滑劑潤(rùn)濕的聚氯乙烯顆粒，使粉末狀的添加劑粘附在聚氯乙烯顆粒表面,然后將混合物投入到注塑機(jī)的進(jìn)料漏斗中，利用模具擠出成形，最后利用充磁機(jī)對(duì)已成形的生物填料充磁，得到改性PVC填料，實(shí)物見圖1。

圖1 改性PVC填料實(shí)物圖

采用單級(jí)生物接觸氧化池進(jìn)行試驗(yàn)。該氧化池主要由池體、填料和進(jìn)水布?xì)庋b置等組成。池體為長(zhǎng)1 m、寬1 m、高1.5 m的長(zhǎng)方體，填料區(qū)高1 m，填料區(qū)容積為0.5 m3，采用上側(cè)進(jìn)水、全池曝氣的形式。原污水經(jīng)預(yù)處理后進(jìn)入接觸氧化池，出水經(jīng)過二沉池分離脫落的生物膜，實(shí)現(xiàn)泥水分離。

1.3 試驗(yàn)方法

先向生物接觸氧化池中加入原水0.8 m3，曝氣1 d，再用顯微鏡觀察填料上微生物生長(zhǎng)情況，采用稱重法測(cè)定生物膜量，并測(cè)定出水的COD濃度。以4 h為增量依次增加曝氣時(shí)間，直到出水水質(zhì)基本無變化為止，此時(shí)視為掛膜完成。當(dāng)改性PVC波紋填料掛膜完成后，對(duì)COD濃度為 1 410 mg/L的原水進(jìn)行處理，并測(cè)定出水的COD濃度。試驗(yàn)當(dāng)天利用空調(diào)將環(huán)境溫度穩(wěn)定在25 ℃。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 有機(jī)負(fù)荷對(duì)掛膜時(shí)間的影響

有機(jī)負(fù)荷是生物處理系統(tǒng)重要的設(shè)計(jì)和運(yùn)行參數(shù)，適合的有機(jī)負(fù)荷會(huì)極大地提高處理效果、降低處置費(fèi)用，相反則不利于裝置的運(yùn)行[11]。對(duì)于農(nóng)村和小城鎮(zhèn)地區(qū)來說，污水水質(zhì)隨時(shí)間變化較大，會(huì)對(duì)填料的掛膜時(shí)間產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響處理效能。為研究污水有機(jī)負(fù)荷對(duì)掛膜完成時(shí)間的影響，選取不同濃度的原水進(jìn)行處理，測(cè)定出水的COD濃度，直到出水水質(zhì)基本無變化為止，此時(shí)視為掛膜完成，計(jì)算得到COD去除率。

表1給出了不同原水負(fù)荷下出水COD濃度及掛膜完成時(shí)間。由表1可知：有機(jī)負(fù)荷會(huì)顯著影響填料的掛膜時(shí)間，有機(jī)負(fù)荷越高，掛膜完成時(shí)間越短；出水COD濃度隨有機(jī)負(fù)荷升高呈增大趨勢(shì)，但COD去除率基本都穩(wěn)定在95%左右。

表1 有機(jī)負(fù)荷對(duì)掛膜時(shí)間的影響

2.2 溫度對(duì)掛膜時(shí)間的影響

溫度不但影響微生物的代謝活動(dòng)，而且對(duì)污水中氧氣的轉(zhuǎn)移速度和固體物質(zhì)的沉降性能也有重要影響[12]。在廢水好氧微生物處理過程中，以中溫細(xì)菌為主，生長(zhǎng)繁殖的最適溫度為20～37 ℃[13]。水溫低，微生物活性小，繁殖速度慢，對(duì)廢水中的有機(jī)物去除率不高。在一定的范圍內(nèi)，溫度升高，微生物生長(zhǎng)繁殖會(huì)加快，但是過高的溫度會(huì)導(dǎo)致微生物死亡，反而會(huì)引起處理效果的下降。

表2給出了填料在不同溫度下掛膜完成的時(shí)間。由表2可知：溫度會(huì)對(duì)填料掛膜完成時(shí)間產(chǎn)生影響，當(dāng)溫度位于20～30 ℃時(shí)，溫度越高，掛膜完成時(shí)間越短；當(dāng)溫度位于30～35 ℃時(shí)，溫度越高，掛膜完成時(shí)間越長(zhǎng)。因此，裝置運(yùn)行溫度應(yīng)該控制在30 ℃左右。

表2 溫度對(duì)掛膜時(shí)間的影響

2.3 氣液比對(duì)處理效能的影響

圖2為不同氣液比下COD去除率的柱狀圖。采用人工配置廢水作為進(jìn)水，進(jìn)水量固定在0.1 m3/h，通過調(diào)節(jié)進(jìn)氣量得到不同的氣液比，然后測(cè)定出水的COD濃度。由圖2可知：當(dāng)氣液比位于4∶1～10∶1時(shí)，氣液比越大，COD去除率越高；當(dāng)氣液比大于10∶1時(shí)，繼續(xù)增加氣液比，COD去除率反而會(huì)降低。也就是說，在水質(zhì)水量固定的情況下，COD的去除率隨著氣液比的增大先升高再降低，在10∶1左右處達(dá)到峰值，氣液比應(yīng)設(shè)置為10∶1。

圖2 不同氣液比時(shí)填料對(duì)廢水COD去除率的影響

對(duì)于好氧生物膜來說，必須有適量的溶解氧供給好氧微生物利用。當(dāng)供氧不足，如氣液比為 4∶1時(shí)，好氧微生物的活性受到影響，新陳代謝能力降低，對(duì)溶解氧要求較低的微生物將會(huì)大量滋生繁殖，正常的生化反應(yīng)過程將會(huì)受到抑制，處理效果下降。隨著水中溶解氧的增多，好氧微生物的活性逐漸增強(qiáng)，COD去除率升高。但供氧過多，微生物代謝活動(dòng)過強(qiáng)，導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)不足而使生物膜自身發(fā)生氧化，使處理效果降低。

2.4 水力負(fù)荷對(duì)處理效能的影響

水力負(fù)荷是決定反應(yīng)器水力停留時(shí)間的重要參數(shù)，它影響污水與生物膜的接觸時(shí)間及反應(yīng)器的處理能力[13-14]。當(dāng)填料完成掛膜后，調(diào)節(jié)裝置的氣液比為10∶1，采用模擬廢水，進(jìn)水口流量分別調(diào)節(jié)為0.05、0.08、0.10、0.13、0.15、0.18、0.20 m3/h，環(huán)境溫度穩(wěn)定在25 ℃。

表3為不同水力負(fù)荷條件下出水口的COD濃度。由表3可知：出水COD濃度隨著水力負(fù)荷的增加而增大。當(dāng)水力負(fù)荷較低時(shí)，污水與生物膜有充分的接觸時(shí)間，微生物能充分降解污水中的各種污染物。水力負(fù)荷越高，污水的水力停留時(shí)間相對(duì)縮短，污染物可能還未被充分降解就已脫離生物膜，出水的COD濃度也相應(yīng)較高。當(dāng)水力負(fù)荷足夠大時(shí)，水力的沖刷作用會(huì)將填料上的生物膜減小，使出水的有機(jī)物含量升高。

表3 原水流量對(duì)排放口COD濃度的影響

3 結(jié)論

采用單級(jí)生物接觸氧化池進(jìn)行不同原水濃度、氣液比、進(jìn)水流量、溫度條件下的污水處理試驗(yàn)，得到以下結(jié)論：

1) 有機(jī)負(fù)荷和溫度均會(huì)對(duì)改性PVC填料的掛膜時(shí)間產(chǎn)生影響，在環(huán)境溫度為25 ℃條件下，有機(jī)負(fù)荷越高，掛膜完成時(shí)間越短。不同環(huán)境溫度條件下的測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在環(huán)境溫度為30 ℃左右時(shí)，掛膜時(shí)間較短。

2) 氣液比試驗(yàn)結(jié)果表明：采用好氧生物接觸法對(duì)污水進(jìn)行處理時(shí)，必須要有適量的溶解氧供給，溶解氧不足，好氧微生物的活性低，處理效能低下；溶解氧過高，好氧微生物活性高，但往往營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)不足導(dǎo)致微生物生長(zhǎng)不良。采用本文所示的單級(jí)生物接觸氧化池，建議控制氣液比為10∶1。

3) 水力負(fù)荷試驗(yàn)表明：PVC改性材料掛膜處理污水，其出水COD濃度隨著水力負(fù)荷的增大而增大，較低的水力負(fù)荷可以減少PVC生物膜的擾動(dòng)，水力停留時(shí)間長(zhǎng)，微生物能夠充分降解污水中的污染物；相反，當(dāng)水力負(fù)荷較高時(shí)，水力停留時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致微生物無法充分分解污水中的污染物，同時(shí)，由于水流速度過快，生物膜本身可能會(huì)被沖刷，導(dǎo)致處理效果降低，出水COD濃度較高。

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(責(zé)任編輯林 芳)

ExperimentalStudyonBiofilmSewageTreatmentwithModifiedPVCFiller

NING Weihang, CHEN Zhili, YANG Yi

(Department of Military Architecture & Planning & Environment Engineering, Logistic Engineering University, Chongqing 401311, China)

The single-stage biological contact oxidation tank and PVC modified filler were used to treat the sewage. By analyzing biofilm formation and operating efficacy by changing the sewage concentration, temperature, gas-liquid ratio, influent flow, and we finally get better working conditions parameters. Results shows that the sewage concentration and temperature have influence on the biofilm formation, and the higher sewage’s concentration is, the shorter biofilm formation is; biofilm formation is short when temperature is about 30 ℃. It is necessary to have an appropriate amount of gas-liquid ratio. When the aerobic biological contact method is used to treat the sewage. For the single-stage biological contact oxidation tank shown in this paper, it is recommended to control the gas-water ratio to 10∶1.

single-stage biological contact oxidation tank; PVC modified filler; working conditions

2017-07-19

全軍后勤科研項(xiàng)目(BY114C006)

寧葦杭(1986—)，男，碩士研究生，主要從事環(huán)境污染治理方面的研究，E-mail:m000mm@163.com。

寧葦杭，陳志莉，楊毅.采用改性PVC填料的生物膜法污水處理實(shí)驗(yàn)研究[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué))，2017(11):135-138.

formatNING Weihang, CHEN Zhili, YANG Yi.Experimental Study on Biofilm Sewage Treatment with Modified PVC Filler[J].Journal of Chongqing University of Technology(Natural Science)，2017(11):135-138.

10.3969/j.issn.1674-8425(z).2017.11.020

X703

A

1674-8425(2017)11-0135-04