基于不同掛膜填料的A/O工藝抗沖擊負(fù)荷與穩(wěn)定性研究

趙英杰等

摘要[目的]研究基于不同掛膜填料的A/O工藝抗沖擊負(fù)荷與穩(wěn)定性。[方法]為了考察2種填料的掛膜啟動(dòng)效率、運(yùn)行穩(wěn)定性，以青島市某小區(qū)生活污水為例，基于A/O工藝，利用平行連續(xù)中試試驗(yàn)研究了彈性立體填料和柱狀懸浮填料的啟動(dòng)、運(yùn)行以及在低溫或低負(fù)荷條件下的抗沖擊性能。[結(jié)果]對(duì)COD、TP的去除而言，在低溫狀態(tài)下，投加彈性填料的A/O系統(tǒng)抗沖擊性和穩(wěn)定性要優(yōu)于投加懸浮填料的A/O系統(tǒng)；在低負(fù)荷狀態(tài)下，投加懸浮填料的A/O系統(tǒng)抗沖擊性和穩(wěn)定性要優(yōu)于投加彈性填料的A/O系統(tǒng)。[結(jié)論]在實(shí)際工程應(yīng)用中，要針對(duì)不同的處理水平和在不良條件下從不同污染物考慮的對(duì)其抗沖擊和穩(wěn)定性影響，選用合適的填料。

關(guān)鍵詞A/O工藝；填料；抗沖擊；穩(wěn)定性

中圖分類號(hào)S181文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2015）21-254-03

根據(jù)安裝方法的不同，生物填料的類型可以概括為固定式、懸掛式和分散式等幾種[1-3]。不同填料不同的結(jié)構(gòu)使其在生物接觸氧化過(guò)程中的優(yōu)缺點(diǎn)各異，例如，彈性立體填料屬于懸掛式填料，剛度適宜的拉絲束縛在中心繩并以其為中心向四周均勻輻射，一方面使微生物有效快速附著而易掛膜，另一方面充分切割氣泡而提高溶解氧的利用率；柱狀懸浮填料屬于分散式立體填料，比表面積大，比重與水類似而使其在水中曝氣或攪拌條件下呈流化態(tài)，具有更新快、易掛膜、生物活性高等優(yōu)點(diǎn)[2]。

在城市污水處理廠運(yùn)行過(guò)程中，由于降雨、相關(guān)排水體系滯后、污水處理廠的規(guī)模建設(shè)、突發(fā)性狀況等原因，使水處理系統(tǒng)階段性進(jìn)水水質(zhì)或水量低于運(yùn)行理論要求值[4]，而導(dǎo)致系統(tǒng)低負(fù)荷運(yùn)行；另外，在冬季北方大部分地區(qū)氣溫較低，進(jìn)水溫度下降直接影響生物反應(yīng)，而使系統(tǒng)處于低溫運(yùn)行狀態(tài)。低負(fù)荷和低溫不良條件明顯影響水處理系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行及水處理效果。

填料在不良條件下對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的貢獻(xiàn)力及抗沖擊能力的研究較少。該研究就彈性立體填料和柱狀懸浮填料2種填料為例，以生活污水為研究對(duì)象，基于A/O工藝，模擬正常的相同的進(jìn)水和系統(tǒng)運(yùn)行條件，對(duì)比分析其掛膜啟動(dòng)效率和穩(wěn)定運(yùn)行的處理性能；利用兩組平行中試試驗(yàn)裝置，模擬相同的低負(fù)荷、低溫條件以及恢復(fù)正常運(yùn)行條件，考察2種填料在水處理過(guò)程中的抗沖擊力和運(yùn)行的穩(wěn)定性，為優(yōu)化生物接觸氧化系統(tǒng)提供理論支持。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)用水、接種污泥及填料

該研究中試驗(yàn)用水為青島市某小區(qū)生活污水，經(jīng)初沉后進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室儲(chǔ)水池以備用。污水水質(zhì)較穩(wěn)定、組分復(fù)雜，其中COD含量為300～500 mg/L，氨氮含量為20～50 mg/L，總氮含量為50～85 mg/L，總磷含量為2～7 mg/L。接種污泥為青島市某水源主要為生活污水的污水處理廠二沉池污泥，MLSS含量為4.5～6.0 g/L。選擇懸掛式填料中彈性立體填料和分散式填料中柱狀懸浮填料進(jìn)行試驗(yàn)，其結(jié)構(gòu)外觀如圖1所示。

1.2試驗(yàn)方法

通過(guò)可計(jì)量蠕動(dòng)泵將實(shí)驗(yàn)室生活污水儲(chǔ)水池向兩組相同的平行A/O裝置供水，兩組裝置均采用A單元電機(jī)機(jī)械攪拌和O單元穿孔管連續(xù)曝氣的方式促進(jìn)微生物對(duì)填料載體的附著及水處理過(guò)程，提高傳質(zhì)效率，其中控制O單元溶劑氧的含量維持在（3.5±0.5）mg/L左右。A和O單元體積比均為1∶2.5，兩組裝置分別使用彈性立體填料和柱狀懸浮填料，填充率均為40%。

（1）掛膜啟動(dòng)和穩(wěn)定運(yùn)行。室溫[（25±2）℃]條件下進(jìn)行接種活性污泥和裝置進(jìn)水，到達(dá)設(shè)計(jì)水位后，將接觸氧化池悶曝2 d左右[2，5-7]，靜沉利用抽吸泵排放上清液。兩套相同系統(tǒng)均通過(guò)連續(xù)進(jìn)水梯度增加進(jìn)水負(fù)荷馴化培養(yǎng)能處理該生活污水的微生物，起初進(jìn)水流量為20 L/d，5 d后梯度增加到設(shè)計(jì)流量100 L/d，每天連續(xù)測(cè)定進(jìn)出水水質(zhì)變化，計(jì)算比較兩種填料下的裝置穩(wěn)定后的水處理效果及到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)所需要的時(shí)間。

（2）低溫試驗(yàn)。掛膜成功穩(wěn)定運(yùn)行后，進(jìn)行連續(xù)試驗(yàn)，40 d時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)空調(diào)控制試驗(yàn)環(huán)境溫度降為15 ℃模擬系統(tǒng)運(yùn)行低溫條件，56 d時(shí)恢復(fù)正常室溫[（25±2）℃]，連續(xù)測(cè)定兩種填料進(jìn)出水水質(zhì)，考察低溫下水處理效果，計(jì)算兩組平行系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定處理的水平及所用時(shí)間，對(duì)比考察2種填料低溫條件下的抗沖擊能力和穩(wěn)定效率。重復(fù)上述試驗(yàn)步驟，分別將低溫溫度設(shè)定為10、5 ℃進(jìn)行不同低溫條件下的對(duì)比試驗(yàn)。

（3）低進(jìn)水量試驗(yàn)。人工模擬低進(jìn)水量狀態(tài)，通過(guò)減小進(jìn)水流量為設(shè)計(jì)進(jìn)水量的1/2、1/3、1/4進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)定兩種填料下進(jìn)出水常規(guī)指標(biāo)。運(yùn)行一段時(shí)間恢復(fù)進(jìn)水負(fù)荷，測(cè)定兩組平行系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定處理的水平及所用時(shí)間，對(duì)比考察2種填料低負(fù)荷條件下的抗沖擊能力和穩(wěn)定效率。

2試驗(yàn)結(jié)果及分析

有研究發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)長(zhǎng)期在低負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致除磷效率下降[4]。因此，在該研究中，在低（負(fù)荷）進(jìn)水量試驗(yàn)中，測(cè)定進(jìn)出水TP的濃度變化來(lái)考察基于不同填料下的系統(tǒng)抗沖擊性和穩(wěn)定性；在啟動(dòng)試驗(yàn)和低溫試驗(yàn)中，測(cè)定進(jìn)出水COD、TP、氨氮3個(gè)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)基于不同填料下的系統(tǒng)抗沖擊性和穩(wěn)定性，試驗(yàn)結(jié)果如圖2～4所示。

由圖2～3可知，對(duì)于COD的去除效果，彈性立體填料和懸浮填料在正常室溫條件下的去除率平均值分別為80%、84%，穩(wěn)定出水平均水平分別為43.78、27.86 mg/L。在低溫階段，彈性立體填料的COD去除基本不受影響，懸浮填料的COD去除效果下降，由低溫恢復(fù)正常溫度后恢復(fù)穩(wěn)定的時(shí)間分別為5、8 d，再穩(wěn)定后的平均水平為80.05%、83.19%。雖然在室溫條件下和再穩(wěn)定后的COD去除水平彈性立體填料低于懸浮填料，但抗沖擊力和穩(wěn)定性高于懸浮填料。從圖4可知，對(duì)于氨氮的去除，彈性立體填料和懸浮填料在正常室溫條件下的去除率平均值分別為84.54%、86.98%，2種填料在低溫條件下的處理水平均低于正常條件下的穩(wěn)定水平，恢復(fù)溫度后去除效果恢復(fù)穩(wěn)定的時(shí)間懸浮填料快于彈性填料，但穩(wěn)定處理水平彈性填料優(yōu)于懸浮填料，分別為85.94%、83.93%。

另外，在該研究條件下，從COD、TP、氨氮3個(gè)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)2種填料的啟動(dòng)掛膜效率不同。綜合圖2～4，彈性填料和懸浮填料掛膜成功穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間分別為18和26 d，彈性填料雖掛膜快，掛膜穩(wěn)定后的處理水平略低于懸浮填料。

由圖4可知，低溫狀態(tài)下的TP去除率的下降和溫度恢復(fù)正常狀態(tài)時(shí)去除率的升高較明顯。為深入比較2種填料的抗沖擊能力，從TP的去除角度出發(fā)，對(duì)比彈性填料和懸浮填料在不同低溫狀態(tài)下的恢復(fù)時(shí)間和再穩(wěn)定水平，結(jié)果如表1所示。 說(shuō)明由15 d不同低溫狀態(tài)回升并保持正常室溫后，彈性立體填料的恢復(fù)快于懸浮填料，但懸浮填料的再穩(wěn)定處理水平高于彈性立體填料；由不同的低溫狀態(tài)恢復(fù)正常室溫，低溫階段控制的溫度越低，兩種填料的恢復(fù)時(shí)間均變長(zhǎng)，再穩(wěn)定后的去除效果下降。

從表2可知，不同低進(jìn)水量條件下，2種填料對(duì)TP的去除效果均降低，進(jìn)水量越低，去除效果越差；相同條件下，由低進(jìn)水量恢復(fù)正常進(jìn)水量后懸浮填料較彈性立體填料恢復(fù)時(shí)間短，且再穩(wěn)定水平高。

3結(jié)論

（1）在試驗(yàn)條件下，彈性填料和懸浮填料掛膜成功時(shí)間不同，彈性填料掛膜快于懸浮填料；綜合COD、TP、氨氮3個(gè)指標(biāo)掛膜成功后穩(wěn)定的水處理效果，懸浮填料優(yōu)于彈性填料。

（2）在低溫試驗(yàn)中，對(duì)于COD的去除效果，彈性填料系統(tǒng)去除效果基本不受影響，降溫后懸浮填料系統(tǒng)去除效果下降，恢復(fù)溫度后去除效果升高，略低于正常條件下的處理水平；對(duì)于氨氮的去除，2種填料在低溫條件下的處理水平均低于正常條件下的穩(wěn)定水平，恢復(fù)溫度后去除效果恢復(fù)穩(wěn)定的時(shí)間懸浮填料快于彈性填料，但穩(wěn)定處理水平彈性填料優(yōu)于懸浮填料；對(duì)于TP的去除，處理水平均降低，恢復(fù)溫度后彈性填料穩(wěn)定處理時(shí)間快于懸浮填料，但處理水平低于懸浮填料。因此，對(duì)COD、TP的去除而言，在低溫狀態(tài)下，投加彈性填料的A/O系統(tǒng)抗沖擊性和穩(wěn)定性要優(yōu)于投加懸浮填料的A/O系統(tǒng)；對(duì)氨氮的去除而言，懸浮填料恢復(fù)穩(wěn)定的時(shí)間短，但穩(wěn)定后的處理水平低于彈性填料。

（3）在低負(fù)荷試驗(yàn)中，對(duì)于TP的去除，懸浮填料和彈性填料在低負(fù)荷狀態(tài)下對(duì)磷的去除效果下降，恢復(fù)正常負(fù)荷后2種填料對(duì)磷的去除效果有明顯的提高，恢復(fù)到穩(wěn)定水平所用時(shí)間懸浮填料短于彈性填料，且處理水平高于彈性填料。對(duì)磷的去除而言，在低負(fù)荷狀態(tài)下，投加懸浮填料的A/O系統(tǒng)抗沖擊性和穩(wěn)定性要優(yōu)于投加彈性填料的A/O系統(tǒng)。

（4）在實(shí)際工程應(yīng)用中，要針對(duì)不同的處理水平和在不良條件下從不同污染物考慮的對(duì)其抗沖擊和穩(wěn)定性影響，選用合適的填料。

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