PVA-硼酸法处理生活污水的实验研究

祝丽思,闫 鹏

(1.内蒙古建筑职业技术学院,内蒙古呼和浩特010070;2.呼和浩特铁路局集体经营管理处,内蒙古呼和浩特010050)

1 引言

固定化技术是从20世纪60年代开始迅速发展起来的一项新技术,该技术在化工、医药等行业的成功应用,引起了许多学者对活性污泥固定化的重视[1]。本文采用包埋与交联联合应用的PVA-硼酸固定化法,对生活污水的处理做了一些浅尝研究。

2 材料与方法

2.1 实验材料

研究中用到的活性污泥取自于兰州雁儿湾污水厂二沉池,其他材料均为化学纯。

2.2 实验废水水质

实验采用兰州交通大学居民区生活污水,其水质情况如表1所示。

表1 实验废水水质

2.3 实验装置

实验所用装置如图1所示,反应器是由有机玻璃制成的长方体。曝气区外形为长30cm,宽20cm,有效高度为23cm,有效容积为12.4L。空气由装置的底部进入并均匀分布,采用高水箱连续进水,3片PVA生物膜片垂直于进水方向放置。

图1 反应装置示意图

2.4 实验方法及内容

以聚乙烯醇(PVA)为包埋材料,以含2%CaCl2的饱和硼酸作为交联剂,采用包埋和交联联合应用的微生物固定化方法固定驯化后的活性污泥,以网格塑料片作为支撑体,制备成固定化生物膜。生物膜活性恢复后,组装固定化微生物反应器,对生活污水进行处理。考察水力停留时间(HRT)、温度、pH值、进水浓度等因素对处理效果的影响,在优选条件下连续运行1个月,考察其对有机负荷冲击的抵抗能力。

2.5 实验结果及分析

2.5.1 水力停留时间对CODcr去除率的影响

在进水水质一定的情况下,维持空气泵 12L/min的流量下持续曝气,调节流速以控制废水水力停留时间,考察水力停留时间(HRT)对处理效果的影响,如图2。

图2 水力停留时间对CODcr去除率的影响

由图2,CODcr的去除率随着水力停留时间的增加呈增大趋势,但HRT超过10h,CODcr去除率增大比较缓慢,并且此时 CODcr去除率可以达到87.04%。继续增加停留时间对处理效果没有太大的改观,而且还增大了能耗。故选择水力停留时间为10h。

2.5.2 温度对CODcr去除率的影响

在进水水质相同,曝气速率为12L/min,水力停留时间为10h的条件下,考察不同温度下CODcr的去除率,如图3所示。

图3 温度对对CODcr去除率的影响

微生物对外界环境的变化非常敏感,我们一般将活性污泥处理的最高与最低的温度值分别控制在35℃和15℃[2]。由图3可以看出,CODcr去除率随着温度的升高逐渐增大,温度在20～30℃范围内,CODcr去除率最高,温度超过30℃,CODcr去除率又有所下降,但整个曲线变化幅度不大,在试验温度10～50℃范围内,CODcr去除率均在80%以上。由此,活性污泥经固定化后,对温度的适应能力比普通活性污泥的适应范围15～35℃变宽了。

2.5.3 pH值对处理效果的影响

实验中我们在进水水质相同,曝气速率为12L/min,水力停留时间为10h,选取相对适宜温度27℃的条件下,考察不同pH值对处理效果的影响如图4所示。

图4 p H值对CODcr去除率的影响

微生物对pH值改变的适应比对温度改变的适应过程要慢得多[3]。从图4可以看出,活性污泥经固定化后,pH值在4～10之间变化时,CODcr去除率波动幅度不是太大,最适宜的pH值范围还是6.5～8.5。分析其原因,活性污泥被包埋之后,细菌被包裹在凝胶的微小空格内或埋于半透膜聚合物的超滤膜内,受外界的影响比较小。故包埋之后的微生物对pH值的适应范围也比固定前变宽了,即对pH值变化的适应性较好。

2.5.4 进水浓度对处理效果的影响

在曝气速率为12L/min,水力停留时间为10h,选取相对适宜温度 27℃,相对适宜 pH值的条件下,考察不同进水浓度对处理效果的影响,如图5所示。

图5 进水浓度对CODcr处理效果的影响

在实验CODcr浓度 216～944mg/L范围内,浓度低于752mg/L时,CODcr去除率相对较高,均能保持在90%以上,浓度在328～656mg/L范围内,处理效果达到最好,此时固定化细胞表现出最佳状态。进水浓度大于752m g/L时,去除率出现下降趋势。分析原因,一方面微生物周围基质浓度过高,产生大量的代谢物,不能及时向外扩散,又反过来影响了传质性能,使外部的基质不容易被很好地利用;另一方面,由于PVA凝胶传质性能不够好,高浓度的基质向PVA生物膜内部的传输受到影响。可见,固定化微生物不适宜处理浓度很高的生活污水。

2.5.5 优选条件下的连续实验

维持最佳运行条件,通过高位水箱进水,反应器连续运行1个月,每 4d测 1次CODcr和氨氮,实验结果如图6所示。

图6 连续运行时CODcr的处理情况

在实验过程中,进水 CODcr浓度从 200～896m g/L不等,而CODcr的去除率都能保持在85%以上,最高可达到92%。说明固定化细胞对有机负荷的冲击有一定的抵抗能力,从图4～5中也可以看出,当CODcr升高到896mg/L时,去除率曲线虽有所下降,但出水也能达到国家标准(GB8978-1996)中的二级排放标准。

3 结语

生物固定化技术以其独特的优点引起了人们的普遍关注,具有广阔的发展前景,但目前固定化技术处理废水仍处于起步阶段。相信随着对生物固定化技术的不断深入研究和发展,该项技术必将成为一项高效而实用的废水处理技术。本文通过利用包埋固定化微生物技术对生活污水处理进行初步研究,得出经固定化后,活性污泥对温度和pH值的适应范围变宽。固定化细胞对有机负荷的冲击有一定的抵抗能力。本实验是在实验室研究的,生物膜是靠玻璃钉固定在反应器上的,因此,应用到实际时,仍存在问题。

[1]闵 航,郑耀通.聚乙烯醇包埋厌氧活性污泥处理废水的最优化条件研究[J].环境科学,1994,15(5)：10～14.

[2]张自杰.排水工程[M].北京：中国建筑工业出版社,2006.

[3]沈耀良,王宝贞.废水处理新技术——理论与应用[M].北京：中国环境科学出版社,1999.