曝氣生物濾池在印染廢水處理中的應(yīng)用研究

摘要：本文主要針對(duì)曝氣生物濾池在印染廢水處理中的應(yīng)用展開(kāi)了研究，通過(guò)結(jié)合具體的試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)的進(jìn)行作了詳細(xì)的介紹，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果作了闡述和系統(tǒng)分析，以期能為有關(guān)方面的需要提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：曝氣生物濾池；印染廢水；處理應(yīng)用

所謂的曝氣生物濾池，是集生物氧化和截留懸浮固體一體的新工藝，該工藝具有去除SS、COD、BOD、硝化、脫氮、除磷的作用，在廢水的處理中有著廣泛的應(yīng)用。印染廢水一般都含有極高的污染物質(zhì)，必須要進(jìn)行處理后方可排放，而將曝氣生物濾池應(yīng)用到印染廢水的處理中能大大促進(jìn)污染物的處理能力，對(duì)廢水的處理能有極大的幫助。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)裝置與污水樣品

試驗(yàn)裝置如圖1所示。曝氣生物濾池采用有機(jī)玻璃制作，上向流浸沒(méi)式設(shè)計(jì)，總高度1300mm，內(nèi)徑50mm，鵝卵石承托層。使用粒徑3～4mm的活性炭填料，填料層總高900mm。反應(yīng)器底部曝氣。儲(chǔ)水箱的污水經(jīng)泵抽入反應(yīng)器底部，在濾池內(nèi)自下而上流動(dòng)。

圖1 試驗(yàn)裝置示意

試驗(yàn)所用污水來(lái)自污水處理廠二池，出水COD為70～100mg/L；NH3-N為5～8mg/L，B/C在0.10～0.15之間；色度70～90度，濁度5～10NTU；pH7～8。

1.2 分析測(cè)試方法

1.2.1 常規(guī)指標(biāo)測(cè)定方法。NH3-N：納氏試劑分光光度法測(cè)定。COD：重鉻酸鉀法測(cè)定。色度：采用APHA（鉑鈷色度）法，使用哈希便攜式光度計(jì)DR890測(cè)定。pH采用PB-10型號(hào)pH計(jì)測(cè)定。

1.2.2 微生物指標(biāo)的分析方法。微生物量的測(cè)定：生物膜用超聲波剝落后采用可揮發(fā)灰分法（MLVSS）測(cè)定微生物量，結(jié)果用mg/g表示，即單位干重填料上的微生物量。

微生物比耗氧速率：采用溶氧儀測(cè)定，單位用mgO2/（g（MLVSS）·h）表示，即單位重量微生物的耗氧速率，可以用來(lái)表征微生物活性。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣水比對(duì)曝氣生物濾池運(yùn)行效果的影響

試驗(yàn)穩(wěn)定運(yùn)行階段保持水力負(fù)荷0.35m3/（m2·h），通過(guò)調(diào)節(jié)氣體流量計(jì)改變氣水比的大小分別為2：1、3：1、4：1、5：1、6：1、7：1，每改變一次氣水體積比，穩(wěn)定運(yùn)行5d，結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，運(yùn)行期間，氣水比從2：1逐步上升到7：1，這期間內(nèi)出水污染物濃度都有明顯降低，氣水比在2：1時(shí)，出水口DO質(zhì)量濃度在1.8mg/L以下，過(guò)低的DO抑制了好氧微生物的活性，此時(shí)COD去除率為29%，出水COD穩(wěn)定在53～70mg/L；NH3-N去除率為50%，出水NH3-N穩(wěn)定在2.69～2.95mg/L；色度去除率為65%，出水色度為28～36度。

圖2 不同氣水比下COD去除率

當(dāng)氣水比為4：1時(shí)，出水口DO濃度上升到5.7mg/L。此時(shí)COD去除率上升至55%，出水COD為37～46mg/L；NH3-N去除率為91%，出水NH3-N為0.38～0.70mg/L；色度去除率為75%，出水色度在17～21度，達(dá)到了較好的處理效果。這一氣水比取值要低于文獻(xiàn)報(bào)道。

氣水比再提高后，污染物去除率出現(xiàn)下降的趨勢(shì)，表明過(guò)量曝氣無(wú)法讓污染物去除效果進(jìn)一步提高。以上數(shù)據(jù)表明，反應(yīng)器對(duì)于有機(jī)污染物的去除需要保證一定量DO，但由于進(jìn)水中污染物濃度較低，過(guò)高的氣水比無(wú)疑是一種浪費(fèi)。主要原因是氣水比過(guò)大造成較大的水力剪切力，造成部分溶解氧的溢出，同時(shí)填料表面生物膜遭受較大程度的擾動(dòng)，影響生物膜活性，導(dǎo)致出水水質(zhì)的下降。綜合來(lái)看最佳氣水比為4：1。

2.2 水力負(fù)荷對(duì)于曝氣生物濾池運(yùn)行效果的影響

該階段采用氣水比4：1，水力負(fù)荷分別在0.15、0.20、0.26、0.35、0.45、0.55m3/（m·h）條件下運(yùn)行，每改變一次水力負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行5d，結(jié)果如圖3所示。

圖3 水力負(fù)荷對(duì)COD去除效果的影響

由圖3可知，水力負(fù)荷從0.15m3/（m2·h）增大到0.55m3/（m2·h）期間，COD平均去除率從65%分別下降為62%、57%、53%、46%、22%；色度的去除率從81%分別下降為80%、78%、76%、71%、57%；NH3-N去除率從93%分別下降為91%、90%、90%、86%、86%、80%。由此可見(jiàn)，水力負(fù)荷對(duì)COD的影響較大，色度次之，NH3-N影響最小。

在水力負(fù)荷0.15～0.35m3/（m2·h）范圍內(nèi)污染物去除率均較為穩(wěn)定，但當(dāng)水力負(fù)荷繼續(xù)增高后，去除率明顯下降。分析原因認(rèn)為，在水力負(fù)荷相對(duì)較低的情況下，污染物沿著水流方向不斷被氧化降解，到達(dá)填料層上部后，由于底物濃度不足，限制了反應(yīng)速率。隨著水力負(fù)荷的提高，單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入濾池的污染物量增加，濾池下部降解的有機(jī)物要比低負(fù)荷時(shí)增加，但總?cè)コ式档?，于是更多的污染物進(jìn)入濾池上部，使得部分有機(jī)物在此處得到降解，使濾池總?cè)コЧ兓淮?，?dāng)水力負(fù)荷進(jìn)一步增大，上層填料上微生物來(lái)不及降解時(shí)，去除率便顯著下降。

印染廢水二沉池出水中COD為70～100mg/L，色度70～90度，NH3-N5～8mg/L。由于過(guò)低的水力負(fù)荷會(huì)造成基建成本的增加，綜合考慮將水力負(fù)荷定為0.35m3/（m2·h），此時(shí)水力停留時(shí)間為1.73h，出水COD為37～46mg/L，色度為15～20度，NH3-N為0.45～0.72mg/L，滿(mǎn)足GB/T18920-2002城市雜用水水質(zhì)要求。

2.3 曝氣生物濾池沿程降解特征

如圖4所示，濾池對(duì)COD的去除率隨著填料層高度的增加而增大，進(jìn)水口30cm厚填料層內(nèi)COD的去除率為40%，反應(yīng)器對(duì)于廢水總COD去除率約為55%，表明廢水中大部分COD都在0～30cm填料層內(nèi)得到去除。之后隨著填料層的升高，COD去除率逐漸提高，但是單位高度填料層COD去除率卻在逐漸遞減。

圖4 COD去除率與填料高度關(guān)系

由圖5可知，NH3-N在60cm填料層高度以下無(wú)去除效果，在30～60cm這段填料層之間，NH3-N濃度還略有增高。

圖5 NH3-N去除和填料層高度的關(guān)系

2.4 曝氣生物濾池沿程生物量分布

曝氣生物濾池通過(guò)填料作為微生物的載體，對(duì)廢水中有機(jī)物進(jìn)行生物降解，因此了解填料上微生物的含量對(duì)于了解濾池去除機(jī)理具有重要意義。濾池穩(wěn)定運(yùn)行90d后，在距濾柱底部0、30、60、90cm高度取樣口取樣，采用可揮發(fā)灰分法測(cè)定填料表面的微生物含量，結(jié)果如圖6所示。由圖6可以看出，生物量沿著水流方向逐漸減小，進(jìn)水口附近生物量為67mg/g，出水口附近生物量為14mg/g，進(jìn)水口附近生物量要明顯高于出水口附近。表明生物量和濾料層高度關(guān)系密切，在濾柱底部由于底物相對(duì)豐富，造成微生物大量增殖，隨著沿程底物濃度的下降，微生物量也逐漸減小。

圖6 濾池填料高度與生物量的關(guān)系

2.5 曝氣生物濾池沿程微生物比耗氧速率（SOUR）變化

一般認(rèn)為，微生物活性會(huì)隨著底物濃度沿程遞減而降低，即濾池底部微生物活性最高，出水口附近微生物活性最低，但由圖7可以看出，微生物活性呈現(xiàn)先增高后降低再增高的趨勢(shì)，最大值出現(xiàn)在30cm填料高度附近，最小值出現(xiàn)在60cm填料高度附近，即0～30cm、60～90cm這兩段填料內(nèi)微生物活性遞增。這與楊波等使用ttc-脫氫酶法測(cè)得的單位生物量活性曲線(xiàn)極為相似。朱小彪等認(rèn)為進(jìn)水口附近填料和微生物截留了大量懸浮惰性物質(zhì)使得營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)的擴(kuò)散受到了影響；雖然此處微生物能夠大量生長(zhǎng)，但是增殖速度受到了限制。而在30cm填料高度附近，底物濃度與傳質(zhì)條件均較為適宜，因此生物活性在這里達(dá)到最大。國(guó)外學(xué)者Peter和Daniel通過(guò)觀察填料表面生物膜發(fā)現(xiàn)，填料生物膜過(guò)厚導(dǎo)致生物膜內(nèi)部微生物由于傳質(zhì)阻力較大，代謝活力要低于生物膜表面微生物，這就導(dǎo)致出現(xiàn)了生物膜較薄、生物活性較高的現(xiàn)象。國(guó)內(nèi)學(xué)者邱立平等也得出了類(lèi)似的結(jié)論。但筆者認(rèn)為，這能夠解釋0～30cm填料高度處微生物活性增加的現(xiàn)象，但還無(wú)法解釋30～90cm填料高度處微生物活性先降低后增加的現(xiàn)象。由上述NH3-N沿程降解特征可以看出，60cm填料高度以上為NH3-N去除區(qū)域，故筆者認(rèn)為底物濃度的降低導(dǎo)致30～60cm填料高度區(qū)域異養(yǎng)菌活性下降，60cm填料高度以上硝化細(xì)菌等自養(yǎng)微生物開(kāi)始活躍，導(dǎo)致60～90cm填料高度區(qū)域微生物活性顯著增加。

圖7 不同填料高度微生物SOUR

此外，測(cè)定微生物SOUR時(shí)直接采用濾池進(jìn)水，其基質(zhì)濃度要高于對(duì)應(yīng)高度填料層水中實(shí)際基質(zhì)濃度。微生物活性的本質(zhì)是細(xì)胞內(nèi)各種酶促反應(yīng)的反映，而酶數(shù)量的多少反映了微生物活性的高低。微生物細(xì)胞內(nèi)的酶分為組成酶和誘導(dǎo)酶兩種，其細(xì)胞內(nèi)大部分酶為后者。微生物可靈活依據(jù)底物的多少通過(guò)某種反饋機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)誘導(dǎo)酶數(shù)量的調(diào)節(jié)。因此試驗(yàn)測(cè)得的濾池內(nèi)生物膜SOUR值實(shí)際上是該高度微生物所能達(dá)到的活性的最大值，而通常情況下，該處微生物活性要低于這個(gè)值，且濾層高度越高，數(shù)值越低。這也是濾池具有一定抗沖擊負(fù)荷能力的根本原因之一。

3 小結(jié)

綜上所述，曝氣生物污染池作為一種新的除污工藝，在印染廢水的排放處理中有著極大的幫助。本文就曝氣生物濾池在印染廢水處理中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，相信對(duì)有關(guān)方面的需要能有一定的幫助。

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