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曝气生物滤池两种填料挂膜的对比试验 ＊ 曾正中 王厚成 李 勃 夏维民 南忠仁 兰州大学资源环境学院西部环境教育部重点实验室, 甘肃 730000 摘要 粉煤灰加气颗粒和沸石颗粒作为曝气生物滤池填料在相同条件下进行挂膜试验, 结果得出 粉煤灰加气颗粒的 挂膜速度与沸石颗粒大体相同, 最终其 CODCr去除率 60 比沸石填料 55 略高; 沸石填料的 NH 4-N 处理率高于粉 煤灰加气颗粒, 达 70左右。 关键词 填料 曝气生物滤池 沸石 粉煤灰加气颗粒 ＊国家自然科学基金项目 No. 40671167 0 引言 曝气生物滤池是 20 世纪 80 年代末 90 年代初在 普通生物滤池的基础上, 并借鉴给水滤池工艺而开发 的污水处理新工艺 [ 1] 。填料是其核心部分 ,填料性能 和价格直接影响到整个处理系统的效能和普及。 目前,粉煤灰在废水治理中的研究有很大进展,吕 鹏等 [ 2] 直接利用粉煤灰的吸附作用处理生活垃圾渗沥 液。郑俊等人 [ 3] 将黏土、粉煤灰及赤泥为原料制成球 形轻质生物陶粒用于曝气生物滤池中 ,试验污水有机 物的去除率都在60 以上。本试验所用粉煤灰加气颗 粒因其内部有很多密封空间, 故其密度 1. 5 g cm 3 比 水稍大一点,是从粉煤灰加气混凝土厂的废弃砌块破 碎取得的,价格低廉易得。本试验把粉煤灰加气颗粒 与沸石作为曝气生物滤池的填料进行挂膜对比试验 , 比较粉煤灰加气颗粒的挂膜效果, 为粉煤灰加气颗粒 作为曝气生物滤池填料处理废水提供初步探讨, 并实 现粉煤灰加气制品废物资源化再利用 。 1 试验部分 1. 1 试验装置与材料 1. 1. 1 试验装置 单个试验系统如图 1 所示 。试验装置由两个相 同的系统组成 内装填料的透明有机玻璃圆柱构成曝 气生物滤柱, 圆柱内径为18 cm , 气水同向从底部进 入,滤柱由 3 部分组成 配水区、填料区和沉降区, 从 底部向上每隔30 cm分别设污水取样口和填料取样 口,共设污水取样口 4 个 、填料取样口 4 个。主要参 数如表1 。 1. 1. 2 试验材料 1. 1. 2. 1 废水 本试验使用的废水是兰州市某污水处理厂的初 沉池出水、城关区芦家大沟填埋场渗沥液及自来水按 一定比例混合的溶液 。污水与渗沥液水质如表 2。 1填料取样口; 2污水取样口; 3沉降区; 4填料区; 5配水区。 图 1 单个试验系统 表 1 曝气生物滤柱结构参数 名称 高度 mm有效容积 L 配水区2005. 1 填料区1 00025. 4 沉降区1503. 8 总计1 35034. 3 表 2 污水与渗沥液水质指标mg L 种类 CODCrNH3-N SS 渗沥液8 000～ 10 000 300～ 1 000200～ 300 污水160～ 230 40～ 78 30～ 40 1. 1. 2 填料 粉煤灰加气颗粒来源于兰州市某粉煤灰加气混 凝土厂的废弃砌块 ,沸石是从兰州市某填料厂购得, 填料的物理性质见表 3。 21 环 境 工 程 2008年 2 月第26 卷第1 期 表 3 填料的物理性质 种类 比表面积 m2g- 1 真密度 gcm- 3 堆积密度 gcm- 3 空隙率 粒径范围 mm 粉煤灰加气颗粒9. 41. 50. 5404～ 10 沸石10. 22. 01. 3454～ 10 1. 2 挂膜试验 1. 2. 1 初期挂膜 为提高挂膜速度 ,试验采用排水浓缩挂膜法。初 期挂膜开始于 6月初 ,历时 1 周, 水温在 15～ 26℃之 间,适于微生物生长。具体操作如下 首先将污水厂 二沉池浓缩污泥用水稀释的溶液 污泥浓度20 mg L 倒入滤柱中 ,其饱和体积约占总体积的 1 2,再将污水 处理厂初沉池污水 CODCr160～ 200 mg L 灌满滤柱, 对其静置曝气48 h 曝气量为8 L h , 然后排空液体, 完成 1 次试验过程 。之后, 按照上述步骤再运行 2 次。待第 6 天液体排空之后 ,可见粉煤灰加气颗粒上 呈显浅黄色 ,而沸石上有褐色点状附着 , 对其进行镜 检,发现两种填料上都有草履虫和变形虫出现 ,菌类 主要以丝状菌为主, 但数量不多。 1. 2. 2 生物膜驯化 初期挂膜后 ,向滤池通入渗沥液、 污水、 自来水的 混合液,保持流量6 L h、曝气量8 L h 通过测定 DO, 保持 出 水 DO 为 2 ～ 3 mg L , 每 天检 测 CODCr、 NH 4- N ,在 CODCr去除率达到稳定后 , 按照混合液浓 度要求再将污水 、 渗沥液 、 水依次间歇按不同比例通 入,具体通入比例见表 4。直至最后混合水样 CODCr 去除率达到稳定时, 表明生物膜驯化成功 [ 4] 。 表 4 混合液构成情况 污∶ 渗∶ 清CODCr mgL- 1NH 4-N mgL - 1 29 ∶ 1∶ 0374～ 42648～ 108 28∶ 2∶ 12488～ 64441～ 100 27∶ 3∶ 15700～ 75644～ 114 2 结果与讨论 2. 1 两种填料挂膜过程中的 CODCr变化 2. 1. 1 粉煤灰加气颗粒 如图 2 所示, 在驯化试验前3 d, 污水 CODCr进 、 出 水浓度差由大变小 ,去除率由 44 降至最低 13,随 后2 d 波动在 26和 16 , 此时微生物处于生长初 期、 生物量少 ,对 CODCr的生物去除作用弱, 说明起初 粉煤灰加气颗粒对有机物起吸附作用最后达到饱和。 随着进水浓度的增加 CODCr的去除率迅速增大 ,至第 7 天达 61 进水552 mg L ,出水213 mg L , 表明生物 去除作用迅速增强。污水浓度继续增加 ,去除率虽有 所波动 ,但都稳定在 55以上。说明填料上的微生 物膜生长成熟, 生物膜对 CODCr的去除除了降解之 外,生物膜上的微生物絮体还减小了填料之间的空 隙,对污水中的有机物起到一定的吸附、过滤作用 。 图 2 粉煤灰加气颗粒滤柱中 CODCr去除情况 2. 1. 2 沸石填料 沸石滤柱在驯化试验前 4 d, CODCr去除率在 18～ 20, 去除率很低但有一定去除 。第 5 天下降 至最低点 14, 见图 3。说明这阶段沸石填料上生物 膜还没成熟 ,去除作用主要是沸石的吸附。之后, 随 着进水浓度的逐渐增加,CODCr去除率增加,至第 9 天 CODCr去除率达到55。从第 11天开始进水CODCr分 别为723、 706、 745 mg L ,由于浓度突然增加致使有机 负荷增加, 微生物不适应使处理率有所下降 ,但去除 率仍保持在 50～ 57, 说明填料上的生物膜已经 适应污水水质。 图 3 沸石填料滤柱中 CODCr变化情况 2. 1. 3 两种填料对 CODCr去除率影响比较 如图 4 所示 ,在生物驯化前期,即吸附去除阶段, 粉煤灰加气颗粒对 CODCr的去除高于沸石填料。之 后,粉煤灰加气颗粒的去除率极速下降 , 说明其吸附 量接近饱和 。而沸石填料的去除率则从较低的起点 缓慢上升。在生物生长初期, 粉煤灰加气颗粒 CODCr 去除率相对沸石填料较高 ,由于粉煤灰填料表面存在 孔径梯度, 大孔对在微小孔上生长和截留的微生物起 到保护作用 [ 5] ,使其少受水力和气流的剪切。最后两 种填料的去除率相近 ,这与它们的比表面积相差不大 有关 见表 3 。 2. 2 两种填料挂膜过程中的NH 4-N 变化 2. 2. 1 粉煤灰加气颗粒 22 环 境 工 程 2008年 2 月第26 卷第1 期 图 4 CODCr的去除率比较 在生物驯化前期 , 粉煤灰加气颗粒对污水中 NH 4- N 的去除主要靠吸附作用见图 5,第 1 天去除率 为16,第 2 天达到 35, 之后 NH 4- N 去除率呈现 缓慢上升趋势 ,第 9 天去除率突然下降, 是因为气体 流量计突然停止工作所致。 第 10 ～ 13 天污水中 NH 4- N 的去除率在 45以上, 并保持一定的稳定趋 势。而粉煤灰加气颗粒表面的吸附作用是随时间增 加而逐渐减少的 ,说明填料表面已经附着生长了一定 量的氨氧细菌和硝化细菌 。 图 5 粉煤灰加气颗粒滤柱中 NH 4-N 变化情况 2. 2. 2 沸石填料 驯化试验第 1 天 ,沸石滤柱对 NH 4- N 的去除就 达到 70, 如图 6 所示 , 进 水浓度 82 mg L , 出水 24 mg L,这与沸石强大的离子交换和吸附性能有 关 [ 6] 。之后 ,NH 4- N 的去除率一直都保持在 65以 上。由于沸石填料表面的离子交换到一定程度会达 到一个动态平衡 ,而要保持较高的NH 4-N 去除率 ,要 靠填料表面附着生长的氨氧化菌和硝化细菌的作用。 因此沸石在离子交换和硝化作用下保持对污水中 NH 4- N 的高去除率 [ 7] 。 图 6 沸石填料滤柱 NH 4-N 变化情况 2. 2. 3 两种填料中 NH 4- N 去除率影响的比较 由图 7 可见, 沸石填料对NH 4- N 的去除率很高, 最低为62。粉煤灰加气颗粒对NH 4- N 去除率前期 低于 18, 后期最高达57,最后去除率保持在 50 左右 。沸石填料的比表面积比粉煤灰加气颗粒略大, 给氨氧化菌和硝化菌增加了生活空间 。总体来看离 子交换作用使沸石填料对 NH 4- N 去除明显高于粉煤 灰加气颗粒 。 图 7 两滤柱 NH 4-N 去除率比较 3 结论 1 在相同条件下使用曝气生物滤池工艺 ,对粉 煤灰加气颗粒和沸石填料采用排水浓缩法进行挂膜 试验。最终进水 CODCr可达750 mg L左右 , 生物膜生 长成熟并适应渗沥液、污水、水以 5∶ 25∶ 35 的比例为 混合液的处理环境, 完成挂膜驯化过程。 2 两种填料所挂生物膜对 CODCr和NH 4-N 的去 除各具优势, 粉煤灰加气颗粒最终对 CODCr的去除率 稳定在 60左右 , 而 沸石填料 为 55左右。 在 NH 4- N去除方面 , 沸石填料一直保持 70左右的处 理率, 而粉煤灰填料的最高处理率才到 60, 这与沸 石表面有很强离子交换性能有很大关系 。综合考虑, 沸石作为曝气生物滤池填料现实可行。 参考文献 [ 1] 郑俊, 吴浩汀, 程寒飞. 曝气生物滤池污水处理新技术及工程实 例. 北京 化学工业出版社, 2002 26-27 [ 2] 吕鹏, 翟建平, 付晓茹, 等. 用粉煤灰处理生活垃圾填埋场渗沥 液的研究. 粉煤灰综合利用, 2003 14-16 [ 3] 郑俊, 吴浩汀. 曝气生物滤池工艺的理论与工程应用. 北京 化 学工业出版社, 2005 65 [ 4] Zhang B, Yamamoto K . Ohgaki setal, floc sim distribrtion and bacterial activities in hollw fiber microfiltration membrance use in membrane bioreactor for domestic wastewater treatment. Water Research, 1996, 30 2385 [ 5] 夏光华, 南小英, 廖润华, 等. 孔梯度陶瓷的制备及生物挂膜试 验的研究. 中国陶瓷, 2005 25 -27 [ 6] Cao Y S, Alaerts G J. Influence of reactor type and shear stress on aerobic biofilm morphology ,population and kinetics.Wat. Res. , 1995,29 1 107 -118 [ 7] Oldenburg M , Sekoulov I. Multipurpose filters with ion -exchanger for the equalization of ammonia peaks. Wat. Sci. Techol. , 1995, 32 7 199 -206 作者通信处 王厚成 730000 甘肃省兰州市天水南路 222 号 兰州 大学 2086 信箱 E -mail wanghch05lzu. edu. cn 2007- 09-03 收稿 23 环 境 工 程 2008年 2 月第26 卷第1 期 ENHANCEMENT OF NUTRIENT REMOVAL FROM DOMESTIC WASTEWATER WITH HRAP IN RURAL AREASHuang Xiangfeng He Shaolin Chen Guang et al7 Abstract In this paper, enhancement of nutrient removal from domestic wastewater was studied in a high-rate algal pond system HRAP in rural area of Taihu. At HRT of 8d and 4d for algal pond and hydrophyte pond respectively , dissolved CODCrin the treated effluent was below 100 mg L. The annual average removal efficiency was 46. 6 for total nitrogen and 90. 4 for ammonia.The major removal mechanism for ammonia removal in two -stage HRAP was biological assimilation, nitrification and ammonia evaporation, among which nitrification dominated. In hydrophyte pond, total nitrogenwas mainly removed through precipitation of particular organic nitrogen and denitrification of inorganic nitrogen. The annual average of effluent phosphoruswas 3. 33mg L. Aimedat unsatisfactory nutrient removalinHR AP system, enhancement strategies were proposed, such as lowering thewater depth in hydrophyte pond and using waste gypsum as planting medium to construct complex hydrophyte pond. After the modification, the HRT of hydrophyte pondwas reducedto 1. 6dwhile total nitrogen andphosphorus in the treated effluentwasmaintained below 5 mg L and 1 mg L respectively , which met the first class of national wastewater discharge limit GB18918-2002 . Keywords high-rate algal pond, hydrophyte pond, domestic wastewater in rural areas, nutrient removal and enhancement EXPERIMENT ON DENITRIFYING PHOSPHORUS REMOVAL FROM LOW CARBON SOURCE URBAN WASTEWATERRong Hongwei Peng Yongzhen Zhang Chaosheng 11 Abstract An innovative anaerobic -aerobic -anoxic -aerobic sequencing batch biofilm reactor AO 2-SBBR was developed by introducing an anoxic phase in the anaerobic - aerobic sequencing batch biofilm reactor AO -SBBR based on the theory of denitrifying phosphorus removal in the experiment.The proportion of denitrifying phosphorus removal bacteria DPBincreased from 14. 82 to 63. 04 of total PAOs by four stages of selection and domestication.When the concentration of CODCr, TP, TN and NH 4-N of influent was 156. 41, 4. 64, 33. 08 and 30. 64mg L respectively, the concentration of TP, TN and NH 4-N of effluent was 1. 06, 17. 55 and 4. 32mg L.The efficiency of TP, TN and NH 4-N removal was alternatively 77. 15, 46. 94 and 85. 9.The AO2-SBBR process was effective to solve the affect of low CODCr concentration on simultaneous biological phosphorus and nitrogen removal from urban wastewater. Keywords low carbon source urban wastewater, simultaneous biological phosphorus and nitrogen removal, denitrifying phosphorus removal and AO2-SBBR process RAPIDSTARTOFAEROBICGRANULARSLUDGEREACTORWITH INTERMITTENT PHOSPHORUS REMOVALGao Jingfeng GuoJianqiu Bi Huanyu et al 15 Abstract The real domestic wastewater was treated in SBR under alternate anaerobic aerobic conditions.The effect of decreasing settling time on the ation of aerobic granular sludge AGSfor phosphorus removal was investigated. Small AGS appearedwhen the settling time was 6 min; the settling time was changed to 4 min after 6d, at the same time, the AGS was mature.It spent 28d to cultivate AGS for phosphorus removal after the settling time was gradually decreased.The average effluent phosphorus concentration was 0 . 92 mg L, maximum value was 3. 34mg L and minimum value was 0mg L. There were lots of epistylis rotans around the AGS. The diameter percentage of the granules between 0. 0～ 0 . 3 mm, 0. 3～ 0 . 6 mm and 0. 6 mm was 44. 88, 51. 61and 3. 51 respectively , the floc -like activated sludge and AGS coexisted. The control of alternate anaerobic aerobic conditions made the phosphorus removal AGS more compact than short -cut nitrifying AGS and this is favorable for the stable maintenance of AGS.The results show that under the selective pressure of settling time, aerobic sludge granulation can be divided into three phases selection of good settling zoogloea, self-aggregation and maturation. Keywords phosphorus removal, aerobic granular sludge, real domestic wastewater, rapid start -up and settling time STUDY ON THE EFFECT AND MECHANISM OF pH AND AERATION ON IRON -CARBON REDUCTION PRETREATMENT OF NITROBENZENE WASTEWATERDai Peng 18 Abstract The mechanism was investigated, which indicated the effect of pH and aeration on iron -carbon reduction treatment for nitrobenzene wastewater.Result of this research proved that pH was an important parameter on iron -carbon reduction.Suitable aeration could enhance the result of iron-carbon reduction effectively. Under the conditions of pH 2～ 4 and aeration1. 50 m3 m2h, the CODCrremoval rate of nitrobenzene wastewater was 50～ 60, the removal rate of nitrobenzene concentrationwas ashigh as 90, and the B C ratio enhancedfrom lower than 0. 1 to 0 . 40. Keywords nitrobenzene wastewater, aeration and iron-carbon reduction COMPARATIVE TEST ON THE START-UP OF TWO KINDS PACKING MATERIALS IN BIOLOGICAL AERATED FILTERZeng Zhengzhong Wang Houcheng Li Bo et al 21 Abstract Fly-ash cellular granule and zeolite granule were tested on their start -up in the same conditions. The test results showed that the start-up speed of the fly -ash cellular granule was similar with the zeolite media, and the removal rate of CODCr 60 was slightly higher than the zeolite biofilm 55in the end, but the NH 4-N removal rate of the zeolite biofilm was higher than the fly -ash cellular granule, up to about 70. Keywords packing materials, biological aerated filter, zeolite and fly -ash cellular granule BIOLOGICAL NITROGEN AND PHOSPHORUS REMOVAL IN NEW SEQUENCING BATCH BIOFILM REACTOR SYSTEMJiang Shanquan Xiao Haiwen Zhai Jun et al 24 Abstract A new sequencing batch biofilm reactor SBBR was used to treat real domestic wastewater. The characteristics of simultaneous nitrification and denitrification and removal phosphorus of sequencing batch biofilm reactor SBBR in treating domestic sewage under the condition of anaerobic anoxic processwere studied. Results from the studies were presented that under the optimization situation of treating process, effluent 2 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 26, No. 1,Feb. , 2008