曝气混凝土生物膜法污水处理效果的主要影响因素分析

曝气混凝土生物膜法污水处理效果的主要影响因素分析
蒋娜莎;金腊华
【摘要】[目的]为寻求高效低成本生活污水处理新技术,研究该系统的净水效果及其主要影响因素,确定最佳运行参数:[方法]在连续进排水条件下,利用该系统进行生活污水处理试验,试验流量为2-3 m3/d.[结果]该系统具有较高的污染物去除率和较强的抗冲击负荷的能力;水力停留时间直接影响污染基质和溶解氧同生物膜表面微生物的接触时间和方式;曝气量影响反应槽DO和生物膜的更新速率;水温可改变参与净化的微生物的种属与活性;适宜的C/N比有利于硝化菌的生长繁衍.[结论]影响该系统处理效果的主要因素为水力停留时间、水力负荷、水温、C/N比等;该系统最佳运行工艺参数为水力表面负荷2.4 m3/(m2·h)、水力停留时间2 h、C/N比5～6、水温25～35℃、污泥回流比30%、曝气量为10 m3/(m3·h).该系统适用于乡镇中小型污水处理工程.%[ Objective] In order to find out a new low-cost & high-efficient sewage treatment technology, it's expected to know the system effect of sewage treatment and its main influencing factors, and also to determine its optimal operation parameters. [ Method] Under the condition of continuous inflow and effluent, pilot experiments are made with the system to purify sewage of 2 -3 m3/d. [ Results] The system has optimal sewage purification effects and high capacity to resist pulse load. The hydraulic retention time gives direct impact to the contacting time and forms, and aeration increases DO and bio-film update rate in reaction canal. The water temperature may change the species and activity of purification microbes, and suitable ratio C/N is favorable to the growth of denitrifying bacteria. [ Conclusion ] Main factors influencing the system
purification effect are hydraulic retention time, hydraulic load, water temperature and ratio C/N and so on. The optimal operation parameters are 2.4 m3/( m2 · h) for the hydraulic surface load, 2 h for hydraulic retention time, 5 -6 for C/N, 25 -35 ℃ for water temperature,30％ for sludge reflux ratio and 10 m3/( m3 · h) for aeration. This technology is available for middle & small size sewage treatment projects in town.
【期刊名称】《安徽农业科学》
【年(卷),期】2011(039)003
【总页数】3页(P1695-1697)
【关键词】混凝土生物膜反应器;曝气;污水处理
【作者】蒋娜莎;金腊华
【作者单位】暨南大学环境,工程系,广东广州,510632;暨南大学环境,工程系,广东广州,510632
【正文语种】中文
【中图分类】X505
为了满足我国为数众多的中小型乡镇污水处理的实际需要，金腊华等于2003年开发了混凝土生物膜反应器［1］。

它是由若干组串联的渠式反应槽及其进排水控制装置构成，在反应槽内竖立放置混凝土膜片作为挂膜载体，利用混凝土生物膜微生物的生物降解作用，去除污水中的有机物和氮磷等营养物。

该反应器无底部曝气装置，但有污泥回流，属于改进型生物滤池［2-3］。

其特点是建设成本低、有机物
去除率可达70%以上，但脱氮除磷效果不理想(氮磷去除率低于50%)，并且处理
规模较小(流量低于1.0 m3/d)［4-5］。

因此，有必要对该工艺进行改进，以提高脱氮除磷效果，增大处理能力。

为了提高反应槽的溶解氧浓度，增强系统的硝化反硝化能力，笔者在混凝土生物膜反应器的中间反应槽底部增设微曝气装置，构成曝气混凝土生物膜法污水处理系统。

笔者拟通过试验，分析该系统的污染物去除效果，找出其主要影响因素，确定其最佳运行工艺参数。

该研究将促进混凝土生物膜法污水处理技术的完善，为实际污水处理工程找到一种低成本污水处理新工艺技术。

1 材料与方法
1.1 试验装置曝气混凝土生物膜污水处理系统是由配水池、4个串联的渠式反应槽、沉淀池和污泥回流以及进排水控制装置等构成，在其中的第2、3反应槽底部安装微孔曝气装置。

各反应槽尺寸均为200 cm×15 cm×15 cm，槽内呈八字形密集
竖立放置混凝土膜片。

膜片尺寸为5 cm×12 cm×2 cm，膜片预留透水孔。

整个
系统的工艺流程见图1。

图1 污水处理系统工艺流程Fig.1 Technological flowchart of the sewage treatment system
各构筑物的功能是:配水池用于调节进水水质和水量;反应槽1表层好氧反应、中底部兼氧或缺氧反应，实现有机物的碳化分解和含氮化合物的初步硝化反硝化;反应
槽2和3通过底部曝气，提高水体溶解氧，一方面增强有机物的好氧分解，提高
有机物的去除率，另一方面促进含氮化合物的硝化反硝化作用，提高脱氮效果;反
应槽4兼氧或缺氧反应，进一步硝化反硝化，并促进生物除磷作用，提高脱氮除
磷效果;沉淀池起沉淀分离水体中的脱落的生物膜污泥，上清液外排，污泥部分回流，剩余污泥排出待处置。

1.2 原水水质和流量试验是在广州某市政污水处理厂完成的。

原水取自该污水处
理厂初次沉淀池出水渠，试验污水流量为2～3 m3/d，其水质指标:COD为
53.6～275.4 mg/L，BOD5为45.6～123.6 mg/L，氨氮为7.7～30.3 mg/L，TN 为10.7～33.7 mg/L，TP为0.7～5.7 mg/L，pH值为6.7～7.6。

1.3 监测分析方法试验水质监测与分析方法采用《水和废水监测分析方法》中规
定的方法［6］进行，即COD采用快速密闭催化消解法、BOD5采用稀释接种法、NH3-N采用纳氏试剂法、TP采用过硫酸钾分光光度法、水温采用温度计法测定。

1.4 试验方法
1.4.1 生物挂膜。

挂膜接种液取自该污水处理厂的回流活性污泥，经过扩大培养后，倒入反应槽，关闭进排水阀，利用污泥回流管路进行接种液的循环。

在挂膜期间，每日定期添加营养液，并观察膜片表面微生物的变化，且取样监测系统的出水水质。

一般情况下，挂膜7～10 d，混凝土膜片表面会生长良好的微生物膜层。

1.4.2 试验条件。

①连续抽取原水输入到配水池，进水流量控制在2～3 m3/d;②
在第2、3反应槽底部连续曝气，曝气量控制在0.6～0.8 m3/h左右;③反应槽水
深控制在13～14 cm;④污泥回流比控制在30%左右。

1.4.3 试验方法。

当混凝土膜片表面微生物膜生长成熟后，向系统输入待处理的原水，输入的原水流量逐步增大，直至达到设计处理能力;同时同步开启排水阀，保
持反应槽水位基本稳定;当系统稳定运行一定时间后，在系统进出水口取样分析水
质参数。

2 结果与分析
2.1 试验结果
2.1.1 有机物去除效果。

进排水COD和BOD5的变化见图2和3。

从图2和图3
可以看出，虽然进水COD和BOD5波动范围较大，但出水COD和BOD5都分
别稳定在50 mg/L和20 mg/L以下，这表明系统对COD和BOD5的去除率高，并且具有较强的抗有机物冲击负荷的能力。

图2 进出水COD变化曲线Fig.2 Curve of COD in inflow and outflow water 图3 进出水BOD5变化曲线Fig.3 Curve of BOD5in inflow and outflow water 2.1.2 脱氮效果。

进出水NH3-N变化见图4。

由图4可知，虽然进水NH3-N波动较大，但出水NH3-N基本能稳定在8 mg/L以下，这表明系统对NH3-N的去除效果较好，并且具有较强的抗氨氮冲击负荷的能力。

图4 进出水NH3-N变化曲线Fig.4 Curve of ammonia nitrogen in inflow and outflow water
2.1.3 除磷效果。

进出水TP变化见图5。

由图5可知，进水TP的波动范围为0.85～5.71 mg/L，而出水TP基本稳定在1.0 mg/L附近，TP的平均去除率达到60%左右。

图5 进出水TP变化曲线Fig.5 Curve of total phosphorus in inflow and outflow water
2.1.4 净水效果。

在试验条件下，系统总体净水效果见表1。

由表1可知，系统出水主要水质指标达到国家《城市污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)二级标准要求，除TP外，其余主要水质指标均满足GB18918-2002一级B标准要求。

这表明该系统具有较高的污染物去除效果。

表1 总体净水效果Table 1 General purification effect分项Item浓度Concentration∥mg/L进水Inlet water排水Outlet water GB18918-2002二级标准2nd class of GB18918-2002 GB18918-2002一级标准1st class B of
GB18918-2002平均去除率∥%Average removal rate COD 99.7～180.2 27.6～42.9 100.0 60.0 72.9 BOD5 45.6～123.6 5.6～14.8 30.0 20.0 88.2 NH3-N 16.9～24.3 3.6～5.4 25.0 8.0 77.5 TP 0.85～5.71 0.81～1.26 3.0 1.0 60.0
2.2 处理效果的主要影响因素
2.2.1 水力负荷和水力停留时间。

水力负荷直接影响水体中污染基质和溶解氧同生
物膜表面微生物的接触时间和方式，从而影响污染物去除效果。

水力负荷过大时，反应槽内水流速度过快，水力停留时间(HRT)过短，减少了生物膜与污染基质的接触时间，使生物降解反应时间不够充分，从而引起污染物去除率下降，并且也容易使膜脱落;水力负荷过小时，HRT过长，反应槽营养基质不够，影响生物膜层的繁育，同时由于反应槽水流过慢，易于发生厌氧，此时处理能力过小。

HRT对污染
物去除的影响见图6。

试验结果表明，当HRT大于2 h后，污染物去除率提高并
不很多，从保证系统具有较大处理流量的角度考虑，选取HRT为2 h、反应槽水
力表面负荷为2.4 m3/(m2·h)较为适宜。

图6 HRT对污染物去除的影响Fig.6 Impact of HRT to pollutant removal rate 2.2.2 曝气量。

曝气量对反应槽2和3水体的溶解氧DO浓度产生直接影响。

曝气量过小，一方面DO浓度过小，生物膜内异氧微生物得不到足够的溶解氧，致使
反应器内丝状菌大量繁殖，污染物去除率下降，另一方面反应器内水体的竖向流动性减弱，降低了水流的剪切力，使生物膜的更新速率下降，生物活性降低。

但是，曝气量过大，竖向流动过快，易于使生物膜脱落过快，生物膜的生物量降低，反而会降低污染物去除率。

试验观测表明，曝气量控制在10 m3/(m3·h)左右时，DO
浓度3～4 mg/L，COD去除率最高。

2.2.3 水温。

水温对生物膜的影响是多方面的。

水温改变，参与净化的微生物的种属与活性以及生化反应速率都将随之而改变。

尽管不同种属的微生物都能在较宽的水温范围内生存，但一般来讲都有其活性最大或生长速度最快的最适宜水温范围。

水温对污染物去除率的影响见图7。

试验结果表明，系统最适宜水温范围是25～35℃。

2.2.4 C/N比。

硝化菌的生长繁衍需要适宜的碳源和氮源，适宜的C/N比有利于
达到较高的污染物去除效果。

C/N比对污染物去除率的影响见图8。

试验结果表明，控制C/N比在5～6之间时COD和氨氮的去除率较高。

3 讨论
(1)试验结果表明，系统最佳运行工艺参数可确定为:水力表面负荷为2.4
m3/(m2·h)、HRT 为2 h、C/N 为5 ～6、水温为25～35℃、污泥回流比为30%、曝气量为10 m3/(m3·h)。

图7 水温对污染物去除率的影响Fig.7 Impact of water temperature to pollutant removal rate
图8 C/N比对污染物去除率的影响Fig.8 Impact of ratio C/N to pollutant removal rate
(2)曝气混凝土生物膜法污水处理系统具有较高的污染物去除效果和较好的抗冲击
负荷的能力，处理后出水可达到GB18918-2002二级标准且接近一级B标准要求。

(3)影响系统净水效果的主要因素有水力停留时间、水力负荷、水温、C/N比、曝
气量等。

(4)曝气混凝土生物膜污水处理工艺技术适用于中小乡镇污水处理工程。

参考文献
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