内循环三相生物流化床处理生活污水的试验研究

内循环三相生物流化床处理生活污水的试验研究
（1．新疆大学资源与环境科学学院，乌鲁木齐830046；2．新疆大学绿洲生态教育部重点实验室决策支持系统实验室，乌鲁木齐830046）
摘要：对内循环三相生物流化床处理生活污水进行了试验研究，探讨了生物膜的形成和水力停留时间及曝气量对处理效果的影响。

结果表明：在HRT为6h，曝气量为0.6m3/h，进水COD和NH4+-N分别为240.2-298.7mg/L和29.1-68.9mg/L 条件下，平均COD去除率为83%，NH4+-N去除率为95.1%。

关键词：内循环三相生物流化床；生活污水；废水处理
Study on domestic wastewater treatment by an inner loop three phase fluidized bed reactor
CHEN Tai1,2, SUN Zhi-hua1,2,LIU Zhi-hui1,2
(1. College of Resources & environmental Science, Xinjiang University, Urumqi 830046; 2. DSS laboratory, Oasis Ecology Key Laboratory of Ministry of Education, Xinjiang University, Urumqi
830046)
Abstract:An experimental study on the domestic wastewater treatment using an inner loop three phase fluidized bed reactor was presented in this paper.The formation of biofilm and effects of hydraulic retention time and volumetric gas rate on efficiency of wastewater treatment were studied.The results showed that the average COD and NH4+-N removal rate were 83% and 95.1% under the condition of HRT 6h,volumetric gas rate 0.6m3/h and the influent COD and NH4+-N concetration of 240.2-298.7mg/L and 29.1-68.9mg/L repectively.
Keywords:inner loop three phase fluidized bed reactor;domestic wastewater;wastewater treatment
随着我国城市化建设步伐的加快，城市生活污水排放量不断增加，国内现行生活污水处理工艺主要为活性污泥法，而传统活性污泥法的缺陷日益暴露出来：(1)曝气池中微生物浓度低；(2)耐水质、水量冲击负荷能力差，运行不够稳定；
(3)易产生污泥膨胀；(4)污泥产量大；(5)基建和运行费用高，占地面积大等。

为适应废水处理发展的要求，国内外学者不断地改进传统活性污泥法，开发了许多新型污水处理工艺。

内循环三相生物流化床(或称气提式内循环生物反应器)就是其中的一种，本文利用内循环三相生物流化床装置，对生活污水进行了实验研究，取得了令人满意的结果。

内循环三相生物流化床以生物膜法为基础，吸取了化工操作中的流态化技术，形成了一种高效的废水处理工艺，是生物膜法的重要突破，是上世纪70年
代开始发展起来的一种新型好氧流化床，它与传统三相流化床不同之处在于反应器的反应区部分分成升流区和降流区，当在升流区进行曝气充氧时，被提升的气（空气）、液（污水）、固（生物载体）三相进行强烈搅动接触，并上升到顶部，通过下降区回到底部，形成流体循环，实现各种传质，完成有机物的降解[1-3]。

同时由于升流区和降流区的密度差，使得废水、载体及气泡在升流区和降流区之间循环流动，整个反应器内载体受到的剪切与摩擦力基本均匀一致，因此不会出现传统三相生物流化床内因生物膜增厚、载体变轻而在床内分层的现象，从而达到控制膜厚的目的。

1 实验设备与材料
1.1 反应器装置
反应器装置如图1所示。

内循环三相生物流化床为不锈钢制，反应区外筒高84cm，直径30cm，提升管直径12cm，反应区有效容积为60L，脱气沉淀区高21cm，有效容积为25L。

图1 内循环三相生物流化床示意图
Fig.1 Inner loop three phase fluidized bed reactor
基金项目：新疆维吾尔自治区重点实验室绿洲生态实验室开放课题（040079）;新疆大学“国家大学生创新性实验计划”项目（081075508）
1.2 载体
载体采用大连生源水处理设备发展有限公司的BM-2型号的生源生物膜载体，规格为直径10mm、高10mm的悬浮填料，该填料为空心圆柱体，内部有十字撑面，材质采用再生资源材料，亲水性材料和生物酶促进剂配方，密度为(1.05-1.15)×103kg/m3，比表面积为1200m2/m3，该填料的生物膜厚度较小（10-300μm），催化活性高，传质、传氧效率高。

1.3 实验菌种及污水来源
实验菌种为乌鲁木齐市虹桥污水处理厂A段沉淀池活性污泥；污水取自新疆大学内生活污水，原水水质如表1所示。

表1 原水水质
Tab1 wastewater quality
项目COD(mg/L) 氨氮(mg/L) SS(mg/L)
数值190-580 15.6-78.9 140-420
2 实验结果与分析
2.1 生物膜的形成与分析
内循环三相生物流化床中生物膜的培养和形成是内循环三相生物流化床能否正常运行的关键。

实验伊始向反应器中投加6L经沉淀后的活性污泥菌种以及12L（占反应区体积20%）填料，再向反应器中加入生活污水至反应区与脱气沉淀区交界处(约60L)，此时填料大部分处于悬浮状态，在此采用2.0m3/h的空气量进行闷曝10d，填料挂膜后沉淀，载体上的生物膜呈浅黄色且透明但厚度不均匀，在此采用0.6m3/h的曝气量，加水至满继续闷曝3d后，由显微镜观察发现，生物膜逐渐长成至成熟，载体上有大量的钟虫、轮虫、丝状菌、草履虫和线虫等，成熟的生物膜呈黄色且透明，同时也获得了较为稳定的出水，表明挂膜成功［4］。

2.2 水力停留时间对处理效果的影响
在内循环三相生物流化床挂膜成功达到稳定运行后，探讨了水力停留时间对
处理效果的影响。

在水力停留时间为10、6、3.75h即进水流量分别为6、10、16L/h
的条件下连续运行，为获得可靠且稳定的结果，在每个水力停留时间下各自连续
运行14天并测定出水COD、NH4+-N和SS值，测定结果见表2。

表2 水力停留时间对处理效果的影响
6 272.1 45.5 83 0.9 61.1 2.6 95.1 0.23 186 39 80.61
10 224.8 50.2 77.7 0.45 67.7 2.7 96 0.16 225.5 35.5 83.63
由上表的实验结果可以得出，整体上反应器对COD保持着较高的去除效率，反应器的水力停留时间对系统有机物的去除影响较轻，进水流量的变化对出水
COD影响较小，出水COD值较稳定。

随着水力负荷的增加，COD的去除率并
未出现下降，表明反应器对COD仍有良好的容积负荷。

相比之下，HRT对NH4+-N
的去除效果影响较大，但HRT为3.75h时，NH4+-N去除率仅为46.2%，这主要
是因为NH4+-N的大量去除一般都发生在反应器中有机物去除之后［5］。

SS的去
除效果受HRT影响较小，表明反应器的脱气沉淀区对SS的去除效果显著。

2.3 曝气量对处理效果的影响
曝气量的大小是影响处理效果的重要因素，要满足微生物的好氧呼吸，还要保证载体的正常流化。

本试验中，由实验确定维持载体正常流化的最小曝气量为
0.4m3/h，故控制曝气量分别为0.7、0.6、0.4m3/h，处理效果如表3所示。

表3 曝气量对处理效果的影响
0.6 265.9 46.8 82 0.7 62.6 2.43 95.5 0.19 236 21 90.77 0.4 392.1 66.8 82.8 1.04 53.4 18.4 65.5 0.11 334 10.5 96.88
在实际运行中发现，随着曝气量的增加，势必导致脱气沉淀区少量气泡上浮，
当曝气量达0.7m3/h时，出水SS平均值为57.5mg/L。

当曝气量维持在0.4m3/h
+-N硝化所需氧气不足，出水时，供气仅能使载体处于正常的流化状态，致使NH
4
+-N值偏高，平均为18.4mg/L。

为保证流化床正常运行和有较好的处理效果，NH
4
在正常运行时选择曝气量为0.6m3/h。

2.4 典型工况下的处理结果
综合上述调试实验，认为在该反应器内采用曝气量0.6m3/h，HRT6h，填料体积12L时，处理效果较好。

列出两组典型的处理数据，见表4。

从表中可以看出，污水的有机物，氨氮和悬浮物都有很好的去除效果。

表4 典型工况下的处理结果
268.3 24.96 90.7 29 3.3 88.6 164 10 93.9
3 结论
3.1 内循环三相生物流化床处理生活污水有良好的处理效果，典型工况下，在HRT为6h，曝气量为0.6m3/h，进水COD和NH4+-N分别为240.2-298.7mg/L和29.1-68.9mg/L条件下，平均COD去除率为83%，NH4+-N去除率为95.1%。

3.2 反应器载体生物膜能增加有效生物量，固着型生长的生物世代长，生物构成丰富，这不但利用了内循环三相生物流化床的优势，又解决了载体流失和污泥回流等问题。

3.3 内循环三相生物流化床无需污泥回流，降低了污水处理的运行成本，而一体化设计又节省了因二沉池建设所需要的基建费用和土地资源。

参考文献
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[5] 王亚宜等.序批式气提循环反应器处理污水的试验研究［J］.给水排水，2002，28（1）：48-50.。