生活污水處理玄武巖纖維填料強(qiáng)化A-O工藝

生活污水處理玄武巖纖維填料強(qiáng)化A/O工藝玄武巖纖維(basaltfiber，BF)是一種無(wú)機(jī)的新型高技術(shù)纖維，是以純天然火山巖為原材料，在1450~1500℃熔融5g/cm3，主要化學(xué)成分為高含量SiO2、Al2O3、Fe2O3、TiO2、Na2O(其中w(SiO2)為44％~52％，w(Al2O3)為12％~18％，w(FeO)和w(Fe2O3)為域。與其他填料相比，BF填料除了具有比表面積大、耐久性強(qiáng)、抗BF填料通過(guò)吸附與富集作用將微生物固定在纖維表面，形成直徑10cm以上的球狀污泥絮凝體，稱為“生物巢”，包裹著高密度生物量。張倩等通過(guò)將BF填料引入序批式反應(yīng)器(SBR)中處理生89.9％、86.8％；戚永潔等利用BF填料處理印染廢水，在HRT為15h時(shí)，COD、NH＋4－N和TP去除率分別達(dá)到67.26％、51.02％和72.11％。上述結(jié)論說(shuō)明，BF填料具有良好的脫氮除碳的潛能。但是尚未發(fā)現(xiàn)BF填料應(yīng)用于A/O工藝的研究報(bào)道。本研究通過(guò)在A/O工藝缺氧池和好氧池加入BF填料，考察玄武巖纖維填料對(duì)A/O工藝的強(qiáng)化效果，為后續(xù)BF填料應(yīng)用1、實(shí)驗(yàn)部分強(qiáng)化A/O工藝實(shí)驗(yàn)裝置由透明有機(jī)亞克力玻璃制成，如圖1所示，在缺氧池(長(zhǎng)×寬×高＝0.6m×0.4m×1.0m，有效容積200L)和好氧池(長(zhǎng)×寬×高＝1.0m×0.6m×1.0m，有效容積550L)分別加入傘狀BF填料。每束傘狀BF填料重15g，長(zhǎng)15cm，每4束B(niǎo)F填料通過(guò)鈦絲絞纏固定成一串懸掛于反應(yīng)器內(nèi)，其中缺氧池和好氧池分別懸掛4串和15串BF填料，每束B(niǎo)F填料垂直方向間距為14cm，水平方向間距為20cm，缺氧池和好氧池填充率約為10.0％和32.0％。實(shí)驗(yàn)另設(shè)不加BF填料的A/O工藝作為對(duì)照實(shí)驗(yàn)，A/O工藝裝置所用材料及體積與強(qiáng)化A/O工藝裝置相同。從加入BF填料到形成穩(wěn)定生物巢的過(guò)程稱為生物巢培養(yǎng)階段。巢以及研究生物巢強(qiáng)化A/O工藝去除污染物的效果，實(shí)驗(yàn)采用模擬生活污水。模擬生活污水的水質(zhì)如表1所示。實(shí)驗(yàn)對(duì)出水中COD、NH＋4－N、TN以及SS等參數(shù)進(jìn)行測(cè)定，方法如表2所示。式培養(yǎng)生物巢，按m(C)∶m(N)∶m(P)＝100∶5∶1配制ρ(COD)為500mg/L營(yíng)養(yǎng)液，所用藥品有葡萄糖、氯化銨、磷酸二氫鉀等。生物巢培養(yǎng)時(shí)期運(yùn)行參數(shù)為：HRT為15h(缺氧池4h，好氧池11h)，缺氧池ρ(DO)為0.1~0.2mg/L，好7，溫度為22~26℃，硝化液回流比為300％，污泥回流比為90％。連續(xù)培養(yǎng)20d后，BF填料形成了穩(wěn)定形態(tài)的球狀生物巢，且COD去除率穩(wěn)定在90％以上，視為生物巢培養(yǎng)成功，開(kāi)始進(jìn)行第1階段實(shí)驗(yàn)：以表1中模擬生活污水為原水，考察強(qiáng)化A/O工藝和常規(guī)A/O工藝對(duì)生活污水的處理效果，該階段2組反應(yīng)器所第2階段實(shí)驗(yàn)：為了探究強(qiáng)化A/O工藝抗沖擊負(fù)荷的性能，該階段提高進(jìn)水COD負(fù)荷，并與A/O工藝對(duì)比污染物去除效果及污指標(biāo)ρ(COD)為1230~1872mg/L，ρ(NH＋4－N)為50~65.3mg/L，ρ(TN)為55.2~68.2mg/L，ρ(TP)為10.5~13.7mg/L。通過(guò)監(jiān)測(cè)該階段實(shí)驗(yàn)的進(jìn)、出水中各項(xiàng)污染物指標(biāo)與反應(yīng)器內(nèi)MLSS(混合液懸浮固體濃度)、污泥生物巢生物量測(cè)定：從反應(yīng)器內(nèi)取出1串BF填料(4束)浸入1mol/LNaOH溶液中，水浴加熱至80℃保持30min后進(jìn)行超聲(100W，30min)處理，然后用去離子水沖洗，再經(jīng)過(guò)串BF填料生物量/每串BF填料的束數(shù)。式中：Y為污泥產(chǎn)率系數(shù)，kg/kg(以COD計(jì))；MLSSstart為每1組實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)污泥的總量，kg；MLSSend為實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)的污泥總量，kg；CODremoved為每1組實(shí)驗(yàn)階段COD的去除總量，kg。由于實(shí)驗(yàn)過(guò)程取出BF填料測(cè)生物量會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成較大影2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論2.1強(qiáng)化A/O工藝處理生活污水效果分析圖2為強(qiáng)化A/O工藝處理生活污水的處理效果?？芍哼M(jìn)水ρ(COD)為410~574mg/L，A/O工藝出水ρ(COD)為9.8~45.4mg/L，平均為30.3mg/L；強(qiáng)化A/O工藝出水ρ(COD)為8.2~30.9mg/L，平均為19.5mg/L，COD平均去除率分別為93.9％和95％。強(qiáng)化A/O工藝使更多的微生高的活性(圖3)，極大地提高了氧化分解有機(jī)物的能力，在進(jìn)水COD濃度相同的條件下增強(qiáng)了系統(tǒng)對(duì)COD的去除率。但是由于BF填質(zhì)進(jìn)行代謝活動(dòng)，使其活性受到影響，因此2組反應(yīng)器出水COD濃NH＋4－N的去除包括微生物同化作用和硝化作用，主要是依靠硝化細(xì)菌進(jìn)行硝化反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。由圖2b可知：進(jìn)水ρ(NH＋4－N)為32~44mg/L，強(qiáng)化A/O工藝出水平均ρ(NH＋4－N)為0.59mg/L，平均去除率達(dá)到98％，而常規(guī)A/O工藝出水平均ρ(NH＋4－N)為2.44mg/L，平均去除率為92％?？梢缘贸觯和都覤F填料提高了系統(tǒng)對(duì)NH＋4－N的抗負(fù)荷能力，強(qiáng)化A/O工藝好氧池由于加入BF填料，生長(zhǎng)周期較長(zhǎng)的硝化細(xì)菌高了硝化細(xì)菌的數(shù)量，因此強(qiáng)化A/O工藝具有高效的NH＋4－N由圖2c可知：進(jìn)水ρ(TN)為36~54mg/L，強(qiáng)化A/O工藝出水平均ρ(TN)為4.6mg/L，平均去除率達(dá)到86.3％，高于常規(guī)A/O工藝出水TN的平均去除率82.3％。這是由于在好N，且在缺氧池內(nèi)加入了BF填料，反硝化細(xì)菌可以固定生長(zhǎng)在填料上，在相應(yīng)的微環(huán)境生長(zhǎng)成為特定的優(yōu)勢(shì)菌種，故強(qiáng)化A/O工藝TN去除率較高。2.2強(qiáng)化A/O工藝處理高負(fù)荷廢水效果分析強(qiáng)化A/O工藝處理高負(fù)荷廢水效果如圖4所示?？芍弘S著COD負(fù)荷緩慢提高，2組工藝對(duì)COD的去除效果均能達(dá)到90％以上，對(duì)COD的去除效果2組實(shí)驗(yàn)差別不明顯。這是由于當(dāng)COD負(fù)荷較高時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)微生物大量繁殖，實(shí)驗(yàn)后期A/O工藝好氧池內(nèi)ρ(MLSS)達(dá)到6000mg/L左右，大量的微生物提高了降解有機(jī)物的能力。而強(qiáng)化A/O工藝由于加入了BF填料，生物量增加，大的吸附和分解有機(jī)物的能力。因此2組實(shí)驗(yàn)對(duì)COD均有高效的去由圖4b可知：進(jìn)水ρ(NH＋4－N)為50~65.3mg/L，前13d，2組工藝出水NH＋4－N均比較穩(wěn)定，強(qiáng)化A/O工藝出水平均ρ(NH＋4－N)為4.2mg/L，A/O工藝為10.2mg/L，NH＋4－N平均去除率分別為92.6％和81.8％。從第14天開(kāi)始，A/O工藝NH＋4－N去除率下降明顯，平均去除率為77.8％，而強(qiáng)化A/O工藝NH＋4－N去除率無(wú)明顯變化。這是由于在供氣量不變的情況下，隨著進(jìn)水COD濃度的緩慢增加，COD體，分解大量有L，不利于硝化細(xì)菌和亞硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)。第16天，提高A/O工藝好氧池供氣量后ρ(DO)為3.0~4.0mg/L，但是NH＋4－N去除率仍低于前14d平均去除率，這可能是由于反應(yīng)器NH＋4－N濃度的不斷積累導(dǎo)致負(fù)荷NH＋4－N增大，而此時(shí)高曝氣量下SVI達(dá)到195g/mL，活性污泥沉降性能較差，部分亞硝化菌和硝化菌隨出水外流。實(shí)驗(yàn)后期25~30d，常規(guī)A/O工藝好氧池膨脹現(xiàn)象，而強(qiáng)化A/O工藝在較高有機(jī)負(fù)荷下，活性污泥仍保持較TN去除效果如圖4c所示?？芍篢N的變化趨勢(shì)同NH＋4－N一致，強(qiáng)化A/O工藝的TN去除率總體比較平穩(wěn)，平均去除率達(dá)到91.4％，而A/O工藝TN去除率在第13天隨著進(jìn)水COD負(fù)荷的增加而降低，這是由于NH＋4－N去除率受到影響，無(wú)法為反硝化提供充足的電子受體，從而導(dǎo)致出水TN濃度上升。后期A/O工藝TN去除率僅為75.6％，遠(yuǎn)低于強(qiáng)化A/O工藝。實(shí)驗(yàn)分別在4組ρ(COD)依次為1200，1400，1600，1800mg/L條件下穩(wěn)定運(yùn)行10d后，計(jì)算系統(tǒng)內(nèi)污泥總量以及COD去除總量，進(jìn)而得到污泥產(chǎn)率系數(shù)，如圖5所示。在第1組實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，測(cè)得生物巢生物總量為1.69kg，第5組實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，測(cè)得生物巢生物總量為1.70kg，因此可認(rèn)為泥總量不包括生物巢生物量。由圖5可知：對(duì)于不同COD濃度，強(qiáng)化A/O工藝系統(tǒng)內(nèi)污泥總量均比A/O工藝少。當(dāng)提高COD濃度時(shí)，A/O工藝系統(tǒng)內(nèi)污泥總量增加較快，其中，當(dāng)ρ(COD)從1400mg/L提高到1600mg/L時(shí)，污泥總量從10.33kg增加到16.47kg，而強(qiáng)化A/O工藝系統(tǒng)內(nèi)污泥總量從7.48kg增加到10.77kg，增幅分別為59.4％和43.9％。當(dāng)ρ(COD)為1600mg/L時(shí)，強(qiáng)化A/O工藝系統(tǒng)內(nèi)污泥總量比A/O工藝污泥減少了34.9％。由圖5還可看出：A/O工藝污泥產(chǎn)率在0.30~0.34kg/kg變化，平均值為0.32kg/kg，而強(qiáng)化A/O工藝系統(tǒng)污泥產(chǎn)率在0.17~0.21kg/kg變化，平均值為0.19kg/kg，污泥產(chǎn)率降低了40.6％。3、結(jié)論1)BF填料可形成“生物巢”球狀污泥絮凝體，增加了系統(tǒng)內(nèi)功能菌種的數(shù)量