间歇运行多级生物接触氧化法处理生活污水试验研究

2016-06-23纳丽萍西北民族大学化工学院甘肃兰州730030

甘肃科技 2016年5期

纳丽萍（西北民族大学化工学院，甘肃　兰州　730030）

纳丽萍
（西北民族大学化工学院，甘肃兰州730030）

摘要：通过研究生物接触氧化法的间歇运行方式在不同HRT和不同曝气时间下COD、NH4+-N去除情况，试验结果表明：当24h进水3次，进水量6.7l/d，HRT为24h、累计曝气时间为12h时，出水COD、NH4+-N平均浓度分别为56.7mg/L和14.5mg/L，其处理效果满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）中一级B标准。间歇运行可大幅减少污水处理成本，为节能工艺的开发提供了试验依据。

关键词：间歇运行；生物接触氧化；污水处理；

生物接触氧化法具有微生物浓度高、运行稳定效果稳定、剩余污泥产量少、系统耐冲击负荷强，可间歇运行等特点［1］，广泛适用于生活污水、工业废水及微污染水源水的处理［1，6］。生物接触氧化法介于活性污泥法和生物膜法之间，通常在反应器中设置曝气装置；对污水曝气一方面要保证污水中有一定的溶解氧，从而维持微生物生长和降解有机物；另一方面微气泡上升时搅动水体，冲刷生物填料表面，使老化的生物膜脱落，促进生物膜的更新［7］。若以间歇曝气、连续进水的方式运行，也可以达到相同或者较好的处理效果，则能同时降低电耗，节约污水的处理成本。

笔者以配水模拟生活污水，研究间歇式生物接触氧化反应器对去除有机物及氨氮效果的影响，为该工艺在污水处理中的应用提供实验依据。

1　试验材料与方法

1.1试验装置

本试验采用的处理工艺流程：进水—三级生物接触氧化池—沉淀池（排泥）—出水。反应器由厚0.5cm的有机玻璃加工制作而成，接触氧化区总有效容积6.69L。主反应器共分四格，第一、二、三格为接触氧化区（挂有试验所用立体弹性填料），第四格为沉淀区（设出水堰），试验装置如图1所示。

图1　多级生物接触氧化工艺试验装置

1.2试验水质

试验用水采用模拟生活污水，水质情况见表1。

表1　试验用水水质

1.3试验方法与内容

试验采用间歇进水、间歇曝气的运行方式，分为2个阶段研究。阶段Ⅰ累计曝气时间恒定为4h，水力停留时间分别为72h（进水量2.3l/d，24h进水1次）、36h（进水量4.5l/d，24h进水2次）、24h（进水量6.7l/d，24h进水3次）和12h（进水量13.4l/d，24h进水6次）；阶段Ⅱ水力停留时间为24h（进水量6.7/ d，24h进水3次），累计曝气时间为4 h、8h和12h。两阶段进水方式均为每次进水持续1h，24h等间隔进水；曝气方式均为每次曝气1h，24h内等间隔曝气。每次变更试验参数后运行8 d，试验期间水温在21～25℃之间。

1.4取样分析方法

CODCr、NH4+-N、pH等指标按文献［8］的标准方法测定，水温采用水银温度计测定。

2　结果与讨论

试验选取稳定运行时的数据进行分析，考虑到在实际工程的运行中，生物接触氧化技术主要用于去除污水中有机质和氨氮，本文把CODCr和氨氮作为主要水质考察指标进行分析。

2.1反应器的启动

试验所用的接种污泥来自污水处理厂氧化沟末端的活性污泥，经沉淀静置后去掉上清液加入反应器，注入人工配制模拟生活污水，进行污泥的连续培养、驯化。反应器中的DO保持在3.0～4.0mg/L左右。挂膜方式为：将一定量的接种污泥倒入反应器，配好的原水（按BOD5：N：P＝100：5：1配制）少量连续的加入反应器，同时进行少量曝气，出水经沉淀池沉淀后排出。从开始驯化到挂膜培养的10d内，可以观察到填料上生物膜厚度不断增加，其颜色也逐渐变为棕褐色，镜检生物膜可以观察大量原生和后生动物，同时，反应器的出水较清澈，出水中的悬浮物较少。取样测定COD的去除率变化不大（见表2），这些可说明生物膜的培养驯化已经成熟［9］。

表2　挂膜成熟工艺稳定运行各项指标处理效果

2.2对COD的去除效果

试验期间进水COD值为：188.8～549.2 mg/L，COD平均值为332.2mg/L，从挂膜成熟系统稳定运行开始进行水质分析，测定反应器进水和出水的COD，通过调节进水流量来改变水力停留时间，阶段Ⅰ、阶段Ⅱ条件下的COD去除效果列入表3、表4。图2、图3分别为阶段Ⅰ和阶段ⅡCOD进水值、出水值以及去除率随HRT及曝气时间的变化趋势。

表3　阶段ⅠCOD去除效果

表4　阶段ⅡCOD去除效果

图2　相同曝气时间（4h）COD的去除效果随HRT的变化趋势

图3　相同HRT（24h）COD的去除效果随曝气时间变化趋势

从表3及图2可知，该工艺采用间歇进水、间歇曝气的运行方式，对于降解有机物的微生物而言，食料和空气都是间断供应的。随着负荷和供氧状况的变化，微生物降解有机物的作用受到抑制一定程度上影响有机物的去除效果。但生物接触氧化法反应器中的生物量较活性污泥法工艺要多［11］，这也使该工艺可以在低HRT条件下实现对水中有机物的良好去除。由表3和图3可以看出，当HRT恒定为24h，反应器间歇运行时，曝气时间从4h增加至12h，出水COD降低程度不太显著，分析其原因主要是生物膜上的微生物种类丰富，反应器分段运行，每段都繁衍本段进水水质相适应的微生物，因此曝气时间对COD去除效果的影响有限。

2.3对NH4+-N的去除效果

试验期间进水NH4+-N值为24.7～39.8 mg/L，平均值为31.8 mg/L。阶段Ⅰ、阶段Ⅱ条件下的NH4+-N去除效果列入表5、表6。图4、图5分别为阶段Ⅰ、阶段ⅡNH4+-N进水值、出水值以及去除率随HRT和曝气时间的变化趋势。

表5　阶段ⅠNH4+-N去除效果

表6　阶段ⅡNH4+-N去除效果

图4　相同曝气时间（4h）NH4+-N的去除效果随HRT的变化趋势

图5　相同HRT（24h）NH4+-N的去除效果随曝气时间变化趋势

工艺采用间歇运行能造成反应池中出现周期性的好氧、缺氧和厌氧环境，在曝气时段，反应器中溶解氧可达3～4mg/L，硝化菌将氨态氮氧化为硝酸盐氮和亚硝酸盐氮，停止曝气初期，溶解氧被消耗导致其浓度迅速下降并接近于零。此时反应池出现缺氧状态，微生物可利用有机物为供氢体使硝态氮反硝化，还原为N2或NxOy后排入大气。从表4及图4可知，当曝气时间为4h时，NH4+-N的去除率始终维持在较低水平，尤其是HRT为12h时，出水NH4+-N＞25mg/L，其浓度已达超出国家污水综合排放标准的二级标准。当HRT恒定为24h时，NH4+-N的去除效果则随曝气时间的增加而增加，曝气时间对NH4+-N的出去效果影响显著。

3　结论

1）试验研究表明：采用生物接触氧化法间歇运行处理生活污水污水是可行的，当24h进水3次，进水量6.7l/d，HRT为24h、累计曝气时间为12h时，出水COD、NH4+-N平均浓度分别为56.7mg/L和14.5mg/L，其处理效果满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）中的一级B标准。

2）若考虑降低能耗，节约污水处理成本，间歇运行的生物接触氧化工艺可采用HRT为24h、累计曝气时间为4h，此时出水COD、NH4+-N平均浓度分别为61.8 mg/L和23.1mg/L，指标均可以达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）中的二级标准。

3）间歇运行的生物接触氧化工艺对于处理间断排放、低负荷生活污水的处理比连续运行工艺可节约一定的运行费用，对节能工艺的开发具有积极的指导意义。

参考文献：

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［3］李亚峰，高颖.气浮-水解酸化-生物接触氧化-气浮工艺处理造纸废水工程实例，水处理技术［J］. 40（9）：128-130.

［4］成世坤，梁类钧等.生物接触氧化工艺对印染废水的处理效果，中国水运［J］.第12（3）:254-26.

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［6］肖羽堂，许建华.姚江饮用水源生化工艺除污染总结［J］.中国给水排水1998，22（4）:11-13.

［7］张自杰.排水工程［M］.北京:中国建筑工业出版社，2000，6. ［8］国家环境保护总局.水和废水监测分析方法［M］.第4 版.北京:中国环境科学出版社，1997.

［9］李亚峰，李大起等.水解酸化-两端生物接触氧化工艺处理城市生活污水［J］.沈阳建筑大学学报（自然科学版）2009，25（6）:1131-1135.

［10］邱光磊，程建光等生物接触氧化工艺用于分散型污水处理的中试［J］.中国给水排水2007，23（5）:78-81.