生物過濾系統(tǒng)填料動(dòng)態(tài)快速掛膜速度實(shí)驗(yàn)研究

陳寧 王亞軍 賈懷宏

摘要：為提高生物過濾系統(tǒng)應(yīng)用效率，加速填料動(dòng)態(tài)掛膜速度，壓縮前期啟動(dòng)時(shí)間，進(jìn)行了填料快速掛膜相關(guān)研究工作。采用接種掛膜法和排泥掛膜法的復(fù)合式馴化方式，掛膜期間，定期檢測出水水質(zhì)（COD，NH3-N和TN指標(biāo)）變化，直至所有指標(biāo)趨于穩(wěn)定，視為掛膜成功，動(dòng)態(tài)掛膜時(shí)間約為18 d。排泥法和階梯提升HLR運(yùn)行方式能有效加快填料動(dòng)態(tài)掛膜速度。

關(guān)鍵詞：生物過濾系統(tǒng);填料;掛膜

中圖分類號：X7 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

填料掛膜是指裝置內(nèi)填料顆粒表面生物膜的馴化和形成過程。生物膜的成熟是生物濾池工藝的核心，也是穩(wěn)定運(yùn)行與開展微觀研究的基礎(chǔ)，具有重要的實(shí)際意義。應(yīng)用最為廣泛的掛膜方法包括自然掛膜法，接種掛膜法和快速排泥掛膜法。本研究為此開展了相關(guān)研究工作。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)用水

1.2試驗(yàn)裝置與儀器

無滯留區(qū)生物滯留池，即生物濾池（Biofilter，BF）和含有淹沒區(qū)生物滯留池（Bioretention cell，BRc）試驗(yàn)裝置如圖1所示，圓柱體反應(yīng)器由有機(jī)玻璃制成，均使用黑布掩蓋，反應(yīng)器總高度800 mm（填料高度700 mm），內(nèi)徑80 mm。池體上部布置了一根豐型進(jìn)水管均勻布水，下部出水。采用恒流泵保持裝置連續(xù)進(jìn)水。

1.3填料掛膜方法

本研究采用接種掛膜法和排泥掛膜法的復(fù)合式馴化方式。原因是排泥法在填料表面形成一定生物膜，將大部分呈懸浮態(tài)微生物及雜質(zhì)快速排除，以保證固著態(tài)微生物獲得很好的生長條件而大量繁殖，達(dá)到快速掛膜的目的。

同時(shí)，選擇良好的接種污泥是掛膜成功的第一步驟，所以BRC反應(yīng)裝置接種污泥取自污水處理廠消化污泥。原因是A/A/O工藝的剩余污泥在消化池中易發(fā)生反硝化作用，含有反硝化細(xì)菌。將此接種消化污泥用于BRC淹沒層初期馴化無疑為快速馴化掛膜打下基礎(chǔ)。

2系統(tǒng)啟動(dòng)調(diào)試

2.1掛膜啟動(dòng)過程

本試驗(yàn)中主要包括了2部分掛膜對象：BRC淹沒層，BRC過濾層。

BRC淹沒層內(nèi)混合顆粒填料在加入反應(yīng)柱之前，進(jìn)行初期馴化過程，即用接種污泥（取自南京城南污水處理廠消化污泥）間歇培養(yǎng)，每隔8 h灌入一定量人工配制的污水營養(yǎng)液（C/N=4），在人工配水營養(yǎng)物已完全為污泥中的厭氧微生物所適應(yīng)的2周后，開始動(dòng)態(tài)運(yùn)行過程。

2.2裝置調(diào)試過程

第3周（第15 d）開始動(dòng)態(tài)運(yùn)行過程（連續(xù)進(jìn)水，C/N=4，水力負(fù)荷0.2 m³/（m2·d）），按照BRC反應(yīng)柱填料垂直順序依次裝入排水層、初期馴化的淹沒層、過渡層和過濾層。裝填每層填料均用木錘每次提高10 cm進(jìn)行夯實(shí)。采用人工配水營養(yǎng)液連續(xù)進(jìn)水使裝置填料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和微生物逐漸適應(yīng)污水水質(zhì)波動(dòng)。

2.3穩(wěn)定運(yùn)行過程

第5周（第29 d）開始穩(wěn)定運(yùn)行期（c/N=4），采用逐N-N加流量的方式：進(jìn)水（第29 d水力負(fù)荷0.2 m³/（m2.d））、排空、進(jìn)水（第33 d后水力負(fù)荷提升到0.5 m³/（m2·d））、排空、進(jìn)水（第39 d后水力負(fù)荷提升到1.0 m³/（m2·d））、第42 d結(jié)束。每隔2 d采集進(jìn)/出水檢測，直至系統(tǒng)的COD，NH³-N和TN指標(biāo)逐漸穩(wěn)定，表示掛膜成功。

2.4調(diào)試穩(wěn)定運(yùn)行效果討論

本研究涉及的所有BRC反應(yīng)柱以及強(qiáng)化BRC反應(yīng)柱都經(jīng)歷了啟動(dòng)調(diào)試階段（掛膜啟動(dòng)期、裝置調(diào)試期和穩(wěn)定運(yùn)行期），運(yùn)行規(guī)律和結(jié)果都相似，因此，本節(jié)內(nèi)容以一個(gè)BRC反應(yīng)柱的運(yùn)行效果為例說明系統(tǒng)啟動(dòng)調(diào)試的過程。

本試驗(yàn)掛膜主要以COD，NH3-N和TN指標(biāo)的去除率為調(diào)試和穩(wěn)定運(yùn)行期結(jié)束的標(biāo)志。同時(shí)期間，本試驗(yàn)通過電導(dǎo)率儀測定了出水電導(dǎo)率值，電導(dǎo)率值由原水的1 027 us/cm降到990us/cm左右，其值基本穩(wěn)定不變視為間接標(biāo)志著掛膜成功。

2.4.1調(diào)試穩(wěn)定期COD去除效果

裝置調(diào)試期（第15 d至第28 d）和穩(wěn)定運(yùn)行期間（第29 d至第42 d）BRC反應(yīng)柱對COD的去除效果如圖2所示。原水的COD濃度波動(dòng)幅度較?。ň?30 mg/L左右波動(dòng)），反應(yīng)柱的出水COD濃度發(fā)生一定程度的波動(dòng)，不過從整個(gè)時(shí)間序列而言是保持下降趨勢的。最后12 d（即第31 d），反應(yīng)柱出水的COD值趨于穩(wěn)定，無論原水如何波動(dòng)，最終的出水均趨近于40 mg/L且保持穩(wěn)定。

從圖2可以看出，可以發(fā)現(xiàn)BRC反應(yīng)柱的COD去除率前23 d在70%上下起伏，主要原因可能由活動(dòng)流體的群體效應(yīng)引起填料空間變化和滲流性能的減小，水流分布非均勻分布導(dǎo)致不能充分利用填料進(jìn)行污染物凈化。在穩(wěn)定運(yùn)行期的第一周后逐漸升高且趨勢穩(wěn)定，最終去除率達(dá)到80%以上，標(biāo)志掛膜成功，主要原因可能是在穩(wěn)定運(yùn)行期間采用逐級升高HLR的方法能有效加快裝置的掛膜，穩(wěn)定時(shí)間（7 d）明顯少于直接采用單一進(jìn)水荷進(jìn)水的方法（23 d）。張杰等學(xué)者[3-4]也得出了類似結(jié)果。

2.4.2調(diào)試穩(wěn)定期NH3-N和TN去除效果

裝置調(diào)試期（第15 d至第28 d）和穩(wěn)定運(yùn)行期間（第29 d至第42 d）BRC反應(yīng)柱對NH3-N和TIN的去除效果如圖3所示。原水的NH3-N和TN值較為穩(wěn)定，由表3可知，進(jìn)水BODdCOD在0.55左右，可生化性良好;進(jìn)水的BOD5/NH3-N在3左右，可認(rèn)為碳源充足，適宜反硝化細(xì)菌生長繁殖。另外，人工配水中配加了NaH-C03，提高了進(jìn)水堿度，有利于反硝化細(xì)菌的生長。氮素隨著時(shí)間進(jìn)程均逐漸下降趨勢，但去除效率有限。

從圖3可以看出，NH3-N和TN去除率前25 d的去除率很低，NH3-N在30%上下波動(dòng)，TN在15%上下波動(dòng);然后從第26 d起，也就是進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行期階段之后，去除率逐漸升高且趨勢穩(wěn)定，在第37 d NH3-N去除率達(dá)到45%以上，TN去除率達(dá)到35%以上，基本標(biāo)志掛膜成功，比COD達(dá)到穩(wěn)定去除率的時(shí)間晚了5 d左右。但是，氮素去除率有限的問題很突出，這與以往BRC降解含氮雨水研究結(jié)果相似。

3結(jié)論

本試驗(yàn)的掛膜根據(jù)BRC分層情況分為掛膜啟動(dòng)、裝置調(diào)試和穩(wěn)定運(yùn)行階段，采用接種掛膜法和排泥掛膜法的復(fù)合式馴化方式。掛膜期間，定期檢測出水水質(zhì)（COD，NH3-N和TN指標(biāo)）變化，直至所有指標(biāo)趨于穩(wěn)定，視為掛膜成功，動(dòng)態(tài)掛膜時(shí)間約為18 d。

排泥法和階梯提升HLR運(yùn)行方式能有效加快填料動(dòng)態(tài)掛膜速度，但是由于HLR階梯運(yùn)行可能引起的滲流能力變化仍需進(jìn)一步研究分析。