兩級A/O生物濾池處理生活污水的掛膜啟動研究

王宏偉，張國珍，武福平，馬宏琛，閔芮

(1.蘭州交通大學(xué) 環(huán)境與市政工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.南京地鐵集團(tuán)有限公司，江蘇 南京 210008)

曝氣生物濾池(BAF)將生物氧化與深床過濾有機(jī)結(jié)合，通過氧化分解、過濾截留去除污染物的新型污水生物深度處理技術(shù)[1-2]。兩級A/O生物濾池是在BAF的基礎(chǔ)上，改良成一種集曝氣充氧、物理截留、生物降解于一體的復(fù)合工藝，主要利用生物膜內(nèi)的好氧/缺氧實現(xiàn)同步硝化反硝化，具有投資少、脫氮率高、抗沖擊負(fù)荷強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),近年來廣泛應(yīng)用于各大污水廠的升級改造[3]。生物膜內(nèi)微生物活性的高低決定著處理效果[4]，因此前期生物膜的培養(yǎng)至關(guān)重要。兩級A/O生物濾池具有顯著的脫碳硝化效果，但對其掛膜研究較少。筆者通過進(jìn)出水水質(zhì)及鏡檢分析，取得一些針對性的掛膜經(jīng)驗數(shù)值。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

進(jìn)水取自蘭州交通大學(xué)校園內(nèi)某生活污水，水質(zhì)見表1。接種污泥，取自蘭州市某污水廠二沉池活性污泥，MLSS為3 000 mg/L，SV30= 30%；陶粒濾料，參數(shù)見表2。

表1 兩級A/O生物濾池進(jìn)水水質(zhì)Table 1 Two-stage A/O biofilter inlet water quality

表2 陶粒基本性質(zhì)Table 2 Basic properties of ceramsite

5B-1B COD快速測定儀;FA2004電子天平;752紫外分光光度計;YX280B手提式不銹鋼壓力鍋;PHS-3C pH計;JPB-607A溶解氧儀;HH-S6電熱恒溫水浴鍋;202電熱恒溫干燥箱;SMART光學(xué)顯微鏡等。

1.2 實驗方法

實驗裝置流程圖見圖1。

圖1 兩級A/O生物濾池工藝裝置圖

1.3 分析方法

2 結(jié)果與討論

2.1 掛膜啟動階段系統(tǒng)對COD的去除變化情況

一級A/O生物濾池進(jìn)出水COD濃度變化趨勢見圖2。

圖2 一級A/O濾池對COD去除情況

由圖2可知，第1 d，系統(tǒng)進(jìn)水COD濃度為220 mg/L，出水平均濃度為74 mg/L，初期進(jìn)水濃度較高，營養(yǎng)物質(zhì)充足，大量繁殖異養(yǎng)菌消耗有機(jī)物，系統(tǒng)在非常短的時間內(nèi)達(dá)到66.4%的高處理效率。第2 d，系統(tǒng)對COD的去除率高達(dá)76.3%，第7 d時降低至40.4%，分析是由于掛膜初期吸附的雜質(zhì)或填料上新附著的生物膜脫落使出水COD濃度升高。第9～21 d進(jìn)出水濃度均出現(xiàn)大幅波動，COD去除率波動較小，去除率基本在50%上下浮動。隨著掛膜時間的進(jìn)行，第22～33 d，進(jìn)水COD濃度由232 mg/L降至68 mg/L，去除率最低降至10%，可能是好氧區(qū)停曝使已形成的微生物新陳代謝能力下降嚴(yán)重，部分甚至死亡產(chǎn)生內(nèi)源反應(yīng)。系統(tǒng)運(yùn)行33 d后，進(jìn)水COD基本趨于穩(wěn)定(50 mg/L)，去除率總體呈增大趨勢，推測可能是1#缺氧柱內(nèi)的反硝化細(xì)菌生長良好，反硝化能力顯著提高。第51～57 d，出水COD平均濃度為25 mg/L，達(dá)到 GB 18918—2002的一級A排放標(biāo)準(zhǔn)，去除率達(dá)到55%以上，生物膜逐漸成熟。

二級A/O生物濾池進(jìn)出水COD濃度變化趨勢見圖3。

圖3 二級A/O濾池對COD的去除情況

由圖3可知，第1 d時，進(jìn)水COD為150 mg/L，出水COD為50 mg/L，去除率為63.3%，去除效果較好，主要由于填料對原水中COD的機(jī)械截留和物理吸附作用，此外接種污泥也起到一定的降解作用。第2～31 d前期進(jìn)水濃度波動較大，19 d后呈直線下降趨勢，去除率隨之從60%降至10%左右，可能是填料上面新附著的生物膜或吸附的雜質(zhì)脫落，使進(jìn)出水濃度相差不大。第32～57 d進(jìn)出水濃度相對平緩，出水COD在20～35 mg/L之間上下波動，去除率總體逐步上升，主要依賴于缺氧柱生物膜凈化作用和表面濾料的機(jī)械截留。第57 d時出水濃度低至25 mg/L，優(yōu)于GB 18918—2002的一級A排放標(biāo)準(zhǔn)，可認(rèn)為掛膜成功。

2.2 掛膜啟動階段系統(tǒng)對的去除變化情況

圖4 一級A/O濾池對的去除變化情況

圖5 二級A/O濾池對的去除變化情況

2.3 生物相分析

第1～5 d濾料表面無明顯變化，第6～20 d觀察到反應(yīng)器底部出現(xiàn)淺黃色生物膜，第21～40 d生物膜顏色逐漸加深變?yōu)闇\褐色，直至第57 d掛膜完成時濾料從底部到上部表面均呈黃褐色。見圖6、圖7，鏡檢觀察到厭氧柱和好氧柱內(nèi)特征微生物種類及含量都較多。厭氧柱內(nèi)觀察到大量穿插于菌膠團(tuán)之間的絲狀菌，絲狀菌是生物膜法中常見的菌種，對污水的凈化起到了一定的作用。好氧柱內(nèi)可觀察到輪蟲、線蟲等后生動物，輪蟲的出現(xiàn)表明整體出水水質(zhì)較好且非常穩(wěn)定，掛膜基本成熟[8]，鐘蟲較多也表明生物凈化效果較好。

絲狀菌 輪蟲 菌膠團(tuán)圖6 厭氧柱內(nèi)微生物鏡檢

鐘蟲 線蟲 輪蟲圖7 好氧柱內(nèi)微生物鏡檢

為進(jìn)一步觀察反應(yīng)器內(nèi)濾料的掛膜情況，分別對不同濾柱濾料在掛膜前后進(jìn)行了SEM分析，結(jié)果見圖8。

由圖8可知，掛膜后，各濾柱濾料表面出現(xiàn)許多白色條帶或斑點(diǎn)，均附著有成熟的生物膜，生物相非常豐富。反硝化濾池濾料生物膜上觀察到絲狀菌和桿菌，硝化濾池上也含有球菌和真核微生物。結(jié)合水質(zhì)檢測結(jié)果和微生物鏡檢情況判斷，濾池經(jīng)過57 d掛膜成功。

掛膜前 1#掛膜后 2#掛膜后

3#掛膜后 4#掛膜后圖8 掛膜前后各濾柱掃描電鏡圖

3 結(jié)論

(1)系統(tǒng)在進(jìn)水分配比、水力負(fù)荷、DO分別為50%∶50%,0.7 m3/(m2·h),4 mg/L的工況下，采用接種掛膜法、有機(jī)負(fù)荷遞減法與預(yù)掛好氧膜法相結(jié)合對兩級A/O生物濾池各級缺氧好氧柱分開掛膜，經(jīng)過57 d完成掛膜。

(3)生物鏡檢發(fā)現(xiàn)輪蟲、線蟲等種類較多的微生物，SEM分析也觀察到白色條帶和斑點(diǎn)，均表明系統(tǒng)整體出水水質(zhì)較好，掛膜啟動完成。