采用改性PVC填料的生物膜法污水处理实验研究

宁苇杭，陈志莉，杨 毅

(陆军勤务学院 军事设施系， 重庆 401311)

采用改性PVC填料的生物膜法污水处理实验研究

宁苇杭，陈志莉，杨 毅

(陆军勤务学院 军事设施系， 重庆 401311)

采用单级生物接触氧化池和PVC改性填料处理人工配置的原水，通过改变原水COD浓度、温度、气液比、进水流量，对填料的挂膜时间和工艺的运行效能进行分析，获得较好的工况参数。结果表明：有机负荷和温度均会对挂膜时间产生影响，原水浓度越高，挂膜完成时间越短；环境温度为30 ℃左右时，挂膜时间较短；采用好氧生物接触法对污水进行处理时，必须要有适量的溶解氧供给；对本研究所示的单级生物接触氧化池，建议控制气液比为10∶1。

单级生物接触氧化池；PVC改性填料；工况参数

parameters

生活污水的肆意排放将对周边水体及环境造成严重的伤害，威胁人民群众的人身健康。在农村及中小城镇地区，由于污水排放量小、水质不稳定、地形复杂等原因，现行的分散式生活污水处理工艺难以大规模推广应用[1]。生物接触氧化法处理污水效能好，污水负荷高，且占地面积不大，运行操作管理容易，适用于中小城镇的生活污水处理[2-3]。

填料是生物接触氧化工艺的核心，不仅微生物的生长、繁殖与填料息息相关，装置的处理效率也会受到填料的影响[4-5]。目前市面上的生物填料主要有聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯等高分子聚合物，该类填料亲水性差、氧传质性能欠佳[6-7]。目前针对生物填料的改性已做了较多工作[8-9]，主要是在制备生物填料中引入亲水基团，如在制备聚丙烯过程中混入水性高分子材料聚乙烯醇和聚丙烯酰胺，制造出具有亲水性的塑料材料。也有学者研究发现弱磁场可大大提高废水的生物降解效率[10]。

本文针对改性PVC生物填料，通过改变原水浓度、气液比、进水流量、温度，对工艺的运行效能进行分析，以期获得较好的工况参数。

1 材料与方法

1.1 试验用水

试验原水是由人工配制而成的模拟生活污水。向放置1 d、体积为35 L的自来水中投加海藻糖、硫酸铵和磷酸二氢钾(KH2PO4)分别作为碳源、氮源和磷源。用碳酸氢钠(NaHCO3)来调节 pH 值，使pH值在7.0 ～7.5之间。最后使试验原水的BOD5浓度为667～1 000 mg/L，COD浓度约为1 410 mg/L。

1.2 填料与装置

将聚乙烯醇、聚乙二醇辛基苯基醚、硬质酸、聚丙烯酰胺、活性炭、磁粉、聚丙烯酸酯、PVC弹性体按照5∶3∶3∶1∶2∶5∶8∶73的体积分数混合均匀，再向其中加入经分散润滑剂润湿的聚氯乙烯颗粒，使粉末状的添加剂粘附在聚氯乙烯颗粒表面,然后将混合物投入到注塑机的进料漏斗中，利用模具挤出成形，最后利用充磁机对已成形的生物填料充磁，得到改性PVC填料，实物见图1。

图1 改性PVC填料实物图

采用单级生物接触氧化池进行试验。该氧化池主要由池体、填料和进水布气装置等组成。池体为长1 m、宽1 m、高1.5 m的长方体，填料区高1 m，填料区容积为0.5 m3，采用上侧进水、全池曝气的形式。原污水经预处理后进入接触氧化池，出水经过二沉池分离脱落的生物膜，实现泥水分离。

1.3 试验方法

先向生物接触氧化池中加入原水0.8 m3，曝气1 d，再用显微镜观察填料上微生物生长情况，采用称重法测定生物膜量，并测定出水的COD浓度。以4 h为增量依次增加曝气时间，直到出水水质基本无变化为止，此时视为挂膜完成。当改性PVC波纹填料挂膜完成后，对COD浓度为 1 410 mg/L的原水进行处理，并测定出水的COD浓度。试验当天利用空调将环境温度稳定在25 ℃。

2 试验结果

2.1 有机负荷对挂膜时间的影响

有机负荷是生物处理系统重要的设计和运行参数，适合的有机负荷会极大地提高处理效果、降低处置费用，相反则不利于装置的运行[11]。对于农村和小城镇地区来说，污水水质随时间变化较大，会对填料的挂膜时间产生影响，进而影响处理效能。为研究污水有机负荷对挂膜完成时间的影响，选取不同浓度的原水进行处理，测定出水的COD浓度，直到出水水质基本无变化为止，此时视为挂膜完成，计算得到COD去除率。

表1给出了不同原水负荷下出水COD浓度及挂膜完成时间。由表1可知：有机负荷会显著影响填料的挂膜时间，有机负荷越高，挂膜完成时间越短；出水COD浓度随有机负荷升高呈增大趋势，但COD去除率基本都稳定在95%左右。

表1 有机负荷对挂膜时间的影响

2.2 温度对挂膜时间的影响

温度不但影响微生物的代谢活动，而且对污水中氧气的转移速度和固体物质的沉降性能也有重要影响[12]。在废水好氧微生物处理过程中，以中温细菌为主，生长繁殖的最适温度为20～37 ℃[13]。水温低，微生物活性小，繁殖速度慢，对废水中的有机物去除率不高。在一定的范围内，温度升高，微生物生长繁殖会加快，但是过高的温度会导致微生物死亡，反而会引起处理效果的下降。

表2给出了填料在不同温度下挂膜完成的时间。由表2可知：温度会对填料挂膜完成时间产生影响，当温度位于20～30 ℃时，温度越高，挂膜完成时间越短；当温度位于30～35 ℃时，温度越高，挂膜完成时间越长。因此，装置运行温度应该控制在30 ℃左右。

表2 温度对挂膜时间的影响

2.3 气液比对处理效能的影响

图2为不同气液比下COD去除率的柱状图。采用人工配置废水作为进水，进水量固定在0.1 m3/h，通过调节进气量得到不同的气液比，然后测定出水的COD浓度。由图2可知：当气液比位于4∶1～10∶1时，气液比越大，COD去除率越高；当气液比大于10∶1时，继续增加气液比，COD去除率反而会降低。也就是说，在水质水量固定的情况下，COD的去除率随着气液比的增大先升高再降低，在10∶1左右处达到峰值，气液比应设置为10∶1。

图2 不同气液比时填料对废水COD去除率的影响

对于好氧生物膜来说，必须有适量的溶解氧供给好氧微生物利用。当供氧不足，如气液比为 4∶1时，好氧微生物的活性受到影响，新陈代谢能力降低，对溶解氧要求较低的微生物将会大量滋生繁殖，正常的生化反应过程将会受到抑制，处理效果下降。随着水中溶解氧的增多，好氧微生物的活性逐渐增强，COD去除率升高。但供氧过多，微生物代谢活动过强，导致营养供应不足而使生物膜自身发生氧化，使处理效果降低。

2.4 水力负荷对处理效能的影响

水力负荷是决定反应器水力停留时间的重要参数，它影响污水与生物膜的接触时间及反应器的处理能力[13-14]。当填料完成挂膜后，调节装置的气液比为10∶1，采用模拟废水，进水口流量分别调节为0.05、0.08、0.10、0.13、0.15、0.18、0.20 m3/h，环境温度稳定在25 ℃。

表3为不同水力负荷条件下出水口的COD浓度。由表3可知：出水COD浓度随着水力负荷的增加而增大。当水力负荷较低时，污水与生物膜有充分的接触时间，微生物能充分降解污水中的各种污染物。水力负荷越高，污水的水力停留时间相对缩短，污染物可能还未被充分降解就已脱离生物膜，出水的COD浓度也相应较高。当水力负荷足够大时，水力的冲刷作用会将填料上的生物膜减小，使出水的有机物含量升高。

表3 原水流量对排放口COD浓度的影响

3 结论

采用单级生物接触氧化池进行不同原水浓度、气液比、进水流量、温度条件下的污水处理试验，得到以下结论：

1) 有机负荷和温度均会对改性PVC填料的挂膜时间产生影响，在环境温度为25 ℃条件下，有机负荷越高，挂膜完成时间越短。不同环境温度条件下的测试结果发现：在环境温度为30 ℃左右时，挂膜时间较短。

2) 气液比试验结果表明：采用好氧生物接触法对污水进行处理时，必须要有适量的溶解氧供给，溶解氧不足，好氧微生物的活性低，处理效能低下；溶解氧过高，好氧微生物活性高，但往往营养供应不足导致微生物生长不良。采用本文所示的单级生物接触氧化池，建议控制气液比为10∶1。

3) 水力负荷试验表明：PVC改性材料挂膜处理污水，其出水COD浓度随着水力负荷的增大而增大，较低的水力负荷可以减少PVC生物膜的扰动，水力停留时间长，微生物能够充分降解污水中的污染物；相反，当水力负荷较高时，水力停留时间较长，导致微生物无法充分分解污水中的污染物，同时，由于水流速度过快，生物膜本身可能会被冲刷，导致处理效果降低，出水COD浓度较高。

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(责任编辑林 芳)

ExperimentalStudyonBiofilmSewageTreatmentwithModifiedPVCFiller

NING Weihang, CHEN Zhili, YANG Yi

(Department of Military Architecture & Planning & Environment Engineering, Logistic Engineering University, Chongqing 401311, China)

The single-stage biological contact oxidation tank and PVC modified filler were used to treat the sewage. By analyzing biofilm formation and operating efficacy by changing the sewage concentration, temperature, gas-liquid ratio, influent flow, and we finally get better working conditions parameters. Results shows that the sewage concentration and temperature have influence on the biofilm formation, and the higher sewage’s concentration is, the shorter biofilm formation is; biofilm formation is short when temperature is about 30 ℃. It is necessary to have an appropriate amount of gas-liquid ratio. When the aerobic biological contact method is used to treat the sewage. For the single-stage biological contact oxidation tank shown in this paper, it is recommended to control the gas-water ratio to 10∶1.

single-stage biological contact oxidation tank; PVC modified filler; working conditions

2017-07-19

全军后勤科研项目(BY114C006)

宁苇杭(1986—)，男，硕士研究生，主要从事环境污染治理方面的研究，E-mail:m000mm@163.com。

宁苇杭，陈志莉，杨毅.采用改性PVC填料的生物膜法污水处理实验研究[J].重庆理工大学学报(自然科学)，2017(11):135-138.

formatNING Weihang, CHEN Zhili, YANG Yi.Experimental Study on Biofilm Sewage Treatment with Modified PVC Filler[J].Journal of Chongqing University of Technology(Natural Science)，2017(11):135-138.

10.3969/j.issn.1674-8425(z).2017.11.020

X703

A

1674-8425(2017)11-0135-04