凹土基悬浮型滤料的制备及其水处理性能研究

中国环境学会  2011年 03月31日

  陈静、金叶玲、吴剑
  淮阴工学院生化学院 江苏省凹土资料利用重点实验室 枚乘路1号 223003
   
  摘要 本论文介绍凹土基悬浮型复合粘土滤料(比重在0.7-01 g/cm3范围可控)的制备及水处理性能。滤料的各项理化性能理想;滤料在水处理过程中呈现出良好的流态化;挂膜快;具很强的抗冲击负荷能力,水力停留时间为0.62h时,对进水水质范围:COD在134-614mg/l;NH3-N在5.93-15.6 mg/l;SS在0.24-0.43g/l的污水的COD平均去除率达86.4%,NH3-N为 93.9%,SS为 68.4%。
  关键词  悬浮型滤料,生物流化床,生物膜,去除率
   
   生物流化床的高处理效率是其比其他生化处理工艺更具竞争力的最重要优势,但是目前流化床污水处理中存在流化动力消耗过大和载体流失过多,及难解决高浓度有机废水生化处理的难题,问题的症结主要在工艺中所使用的滤料的缺陷。目前所使用的滤料通常是比重大的砂粒或煤粒等细小颗粒,这导致流化动力消耗过大和载体流失过多,而目前的粘土轻质滤料均为粘土加扩孔剂等焙烧而成,虽视密度很小,但悬浮性能仍然较差,且其机械强度难以满足生物流化床水处理工艺要求;当改用塑料等高分子轻质悬浮滤料时,则微生物挂膜较难,从而影响有机废水的生化处理效果。因此,为切合流化床工艺的需要,生产具有高机械强度、良好生物亲和性的、成本低廉的悬浮型生物滤料是废水处理技术,特别是生物流化床工艺推广的核心关键技术之一。
  “悬浮型复合凹土滤料”可满足生物流化床工艺对滤料性能的要求,其制备方法在国内外均未见报道;与现有各种滤料相比,悬浮型复合粘土滤料具有以下显著优势:⑴悬浮型复合凹土滤料为天然粘土制品,具良好的生物亲和性,有利于各种水处理微生物在滤料表面成功挂膜;⑵悬浮型复合凹土滤料的比重小的特点满足流化床对滤料的轻质、易流化的工艺要求,显著降低流化动力消耗,同时减少滤料流失率;⑶悬浮型复合凹土滤料的高机械强度有利于耐受生物流化床工艺中的高强度的相互摩擦和撞击,促进生物膜的更新;⑷悬浮型复合凹土滤料的生产工艺简单,成本低廉,有利于技术的推广应用。
   
  实验部分


  造粒与煅烧 将粉煤灰研磨后过100目筛,与凹土按照1:1的配比混匀;聚乙烯泡沫经浸润处理后,重复以凹土+粉煤灰干粉包裹,最后在洁净的磁盘内滚动至圆润结实的球形颗粒。晾干后入高温电阻炉煅烧得成品。滤料的比重由泡沫粒径及粘土层厚调节。
  模拟废水配置 实验废水按照C:N:P=100:5:1的比例投加适量葡萄糖、氯化铵和磷酸二氢钾,分别作为碳源、氮源和磷源,再添加适量鱼粪,模拟污水进行实验。控制COD在360mg/L左右,氨氮在10mg/L左右。
  生物膜法处理模拟废水
  以悬浮型复合粘土滤料为生物膜载体进行连续处理实验。实验前将约占流化床体积的9%的滤料放入一定浓度的接种污泥中浸泡30min,然后将滤料放入反应器内,打开调节阀,以一定流速向流化床生物反应器内不断通入模拟废水,对流化床进出水的COD、NH3-N和SS进行定期测定。
   
  结果与分析


  1理化性能测定
  表1 理论理化性能测定结果

  焙烧温度

300C

400C

500C

550C

600C

700C

800C

烧失量(%

97

99

103

118

15

168

169

比重(g/cm3

0.96

0.87

0.78

0.74

0.73

0.71

0.7

强度(N

69

131

16

175

198

212

218

酸溶蚀率(%

/

/

821

813

72

692

687

碱溶蚀率(%

/

/

112

096

047

025

024

吸水率(%

/

/

392

385

373

359

328

孔隙率(%

/

/

272

316

327

333

338

磨损率(%

/

/

05

043

042

039

038


  2 挂膜
  本实验中生物膜培养用水为自配模拟废水,COD与NH3-N含量分别约为360 mg/L与10 mg/L,PH值为6.5,溶解氧浓度为3.2 mg/L,COD容积负荷为12 kgCOD/(m3.d),控制水力停留时间为0.62 h,曝气量为0.072m3/h,膜培养期间水温为20±1℃,每天对流化床进出水的COD、NH3-N和SS进行监测。运行3天后,填料表面生长出薄薄一层黄色生物膜;6-7天后,镜检出大量灰黄色菌胶团及原生动物;十天左右,生物膜密实、呈现淡黄色且透明,说明生物膜系统的机构和功能趋于稳定,挂膜基本完成,生物膜中存在着大量的菌胶团、线虫、草履虫等细菌及微生物。
  滤料挂膜过程中,进出水的COD、NH3-N和SS变化如图2所示。
  综合分析挂膜期间水质指标的变化情况,可以看出,在前12天,出水COD、NH3-N和SS浓度成逐步降低趋势;而随着生物膜密实各项水质指标逐渐达到最佳状态。挂膜成功后,生物流化床对COD、NH3-N和SS都有较高的去除率,其中对COD和NH3-N的去除率最为明显,COD的去除率达到87%,NH3-N的去除率达到95%,表明生物流化床有较好的运行处理效果。


  3 抗冲击负荷能力分析
  当生物流化床开始正常运行后,对各水质指标用三个不同的进水浓度进行测定,以观测挂膜成功后生物流化床对于不同污染度废水的的运行处理效果。水力停留时间为0.62h时的各项出水指标如图2所示。
  由图2可知,稳定状态下生物流化床对于污水中COD、NH3-N和SS总体都有较高的去除效率。对COD和NH3-N的去除效率尤为明显,表明生物流化床具有较强的抗冲击负荷能力以及实现了污水中氮化物的降解。由于SS去除效率相对较低,那是因为三相生物流化床一直处于充氧曝气状态,沉淀时间较短,导致固液分离效果不太理想。
  
  结论


   悬浮型复合粘土滤料在焙烧温度为650。C的条件下,其失重为16.2%,比重为0.72g/cm3,强度为21N,酸溶蚀率为6.96%,碱溶蚀率为0.26%,吸水率为37.27%,孔隙率为33.2%,磨损率为0.4%。生物流化床中污水净化主要是由生物膜的生物处理完成。本生物流化床工艺具有较强的抗冲击负荷能力。在污水处理厂接管污水浓度条件下,水力停留时间为0.62h时的各项出水指标均达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)一级标准。
   
  参考文献:
  刘燚,杨平,方治华. 生物流化床中生物膜特性与反应器效率的关系. 环境科学进展, 1999(05):113-123 .
  王萍, 李国昌. 曝气生物滤池陶粒滤料制备及其性能. 非金属矿, 2006(05):54-58
  Vacca G, Wand H, Nikolausz M, Kuschk P, Kastner M. Effects of plants and filter materials on bacteria removal in pilot-scale constructed wetlands .Water Research, 2005, 7 (39) :1361-1373 .
  徐竟成; 徐立; 鲁敏;三种曝气生物滤池滤料处理城市污水的对比研究,中国给水排水,2009(25):93-97.

 
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