MBBR处理中低温生活污水动力学研究

王京城

(辽宁省环境科学研究院,辽宁 沈阳 110161)

MBBR处理中低温生活污水动力学研究

王京城

(辽宁省环境科学研究院,辽宁 沈阳 110161)

摘要：采用MBBR处理中低温生活污水,根据实验数据分析计算了有机物、总氮、总磷的最大降解速率和饱和常数,为工艺设计和操作提供参考。

关键词：MBBR;中低温;动力学

1引言

移动床生物膜反应器(MBBR)作为一种新型的污水处理技术,以其低能耗、低投资、维护管理简单的特性在水污染治理中被逐步认可并推广。移动床生物膜反应器的研究方向主要包括生物膜载体的开发与改良,微生物的附着与膜机理的研究,反应器工艺的改善、动力学研究等[1、2]。本实验采用MBBR处理中低温度生活污水,探讨污水中有机物、总氮、总磷的降解动力学,以期为今后的工程应用、工艺设计及操作过程提供参考。

2材料与方法

(1)试验用水。以某单位化粪池污水为处理对象,水质如表1所示。

表1　污水的成分

(2)试验装置。研究用试验装置主体结构为有机玻璃制作,固定在铁架上,反应池的长度为40cm,宽度40cm,高为91cm,总有效体积达0.1456m3。初沉池与二沉池均为竖流式沉淀池。曝气装置采用的是微孔曝气。MBBR工艺流程图及实图,如图1所示。

图1　试验装置

3结果与讨论

3.1　基质降解动力学

单位污泥降解有机物的速度(v),根据Michaelis-Menten酶反应关系,可以用下式表示:

(1)

即:

(2)

式中:v为底物的比降解速率(d-1);dS/dt为底物的降解速率(mg/L·d);Xv为混合液挥发性污泥浓度(MLVSS)(mg/L);S为残存在混合液中的底物浓度(mg/L);vmax为底物的最大比降解速率(d-1);Ks为饱和常数(mg/L)。

当底物浓度较高时,即S≫Ks,在式(1)和(2)分母中的Ks与S相比可以忽略不计,则式(2)可写成:

(3)

式中vmax是常数。从式(3)可知,在高底物浓度下,底物降解速率达到最大,降解速率与底物浓度无关,呈零级反应关系式。

当底物浓度较低时,即S≪Ks,在式(1)和(2)分母中的S与Ks相比可以忽略不计,则式(2)可写成:

(4)

从式(4)可知,底物降解速率遵循一级反应,底物的含量已成为制约降解速率的因素。

移动床生物膜反应器动力学研究模型[3]可表示为图2中模型。

图2　MBBR动力学研究模型

其中:Q为进水量(m3/h);S0为进水中污染物浓度(mg/L);Se为出水中污染物浓度(mg/L);Xo为进水中挥发性污泥浓度(MLVSS)(mg/L);Xe为出水中挥发性污泥浓度(MLVSS)(mg/L)。

在研究MBBR反应动力学时,假设整个系统是稳定的;反应器的进水基质均为可溶解性的,出水中不含微生物群体,即Xo=0;反应器内的物料是充分混合的;MBBR出水中微生物含量少,可忽略不计,Xe=0;反应器内微生物浓度被认定为常数。本实验中MBBR为单级反应装置,系统的物料平衡式为:

(5)

将式(5)整理后得出:

(6)

其中:θ为水力停留时间(d)。根据公式(1)、(2)和(6)可以推出以下方程式:

(7)

(8)

3.2　各污染物降解动力学的研究

通过调节水力停留时间取不同的θ,得到不同的Se值,可获得一系列1/v、1/Se数据,计算数据如表2、表3、表4所示。

表2　有机物降解动力学常数测定

表3　TN降解动力学常数测定

表4　TP降解动力学常数测定

根据表2、表3、表4,绘制1/v~1/Se关系图,即线性回归方程,见图3、图4、图5。图中直线的斜率为Ks/υmax,截距为1/υmax值。由此可计算出Ks和υmax的值,见表5。

表5　动力学常数

图3　有机物降解动力学常数回归曲线

图4　TN降解动力学常数回归曲线

图5　TP降解动力学常数回归曲线

4结语

本文探讨了MBBR处理中低温城市生活污水的动力学。通过底物比降解速率与底物浓度之间的关系式,求出不同填料填充率下,有机物、总氮、总磷的相关动力学系数Ks,υmax。对工艺设计和操作过程具有借鉴意义。

参考文献：

[1] 荆洁颖,李文英.移动床生物膜反应器污水处理工艺的研究现状及展望,煤化工[J].2008,36(4):23~27.

[2] 赵江冰.移动床生物膜反应器技术处理废水研究[D].上海:上海大学,2004.

[3] 张鹏,袁辉洲.MBBR法处理城市污水去除污染物的特性研究[J].水处理技术,2009,35(10):91~96.

收稿日期：2015-03-12

基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项(编号:2012zx07202-003)资助

作者简介：王京城(1981—),男,黑龙江牡丹江人,工程师,主要从事水污染控制技术研究工作。

中图分类号：X703

文献标识码：A

文章编号：1674-9944(2015)05-0182-02