在线客服

咨询热线

填料类型对MBBR启动及运行效能的影响

作者:未知

  摘 要:通过实验的方式,对两种不同的填料的废水处理能力进行研究。将A、B两种填料分别放入两个不同的生物膜反应器(MBBR)中,并对其处理能力进行观察,包括水质、形貌、特征等等方面。经过一系列的试验证明,A填料的各方面性能要优于B填料,更适用于生物膜反应器。
  关键词:移动床生物膜反应器;填料;废水处理;起动;运行效能
  中图分类号:X703 文献标志码:A 文章编号:2095-2945(2019)21-0069-03
  Abstract: Through experiments, the wastewater treatment capacity of two different fillers was studied. The A and B fillers were put into two different moving-bed biofilm reactors (MBBR), and their treatment capacity was observed, including water quality, morphology, characteristics and so on. Through a series of experiments, it is proved that the performance of packing A is better than that of packing B, and it is more suitable for the biofilm reactor.
  Keywords: moving bed biofilm reactor; packing; wastewater treatment; starting; operation efficiency
  引言
  MBBR屬于一种新型生物膜反应器,较传统反应器相比,具有更高的灵活性。生物填料具有多种应用优势,更适用于MBBR,可以提升仪器的处理效率,降低机器堵塞现象的发生几率,可以处理多种类型的废水[1]。
  1 试验材料和方法
  1.1 试验装置
  本次试验装置为两个移动床生物膜反应器,分别为R1、R2。在两个反应器内部分别设置不同的填料A和填料B,按照30%填充率放料。为了保证试验的精准性。填料的规格一致,填料A的密度为1,孔隙率为92%,填料B的密度为0.96,孔隙率为90%。
  本次试验的时间为100d,总共有两个试验阶段,按照进水浓度差进行划分。试验开始时间为6月16日,前40为第一阶段,其进水的COD在500mg/L左右,后60天为第二阶段,进水COD提升到750mg/L。为了消除其他因素对试验结果的影响,本次试验中所有条件相同,方便试验结果的对比分析。其中试验温度控制在25°,PH值控制在7.0。
  1.2 接种污泥及配水
  先进行挂膜操作,本试验采取排泥法。准备好接种用的污泥,起动MBBR以后,将污泥放入运行中反应器,污泥的浓度控制在3000mg/L,并持续的闷曝1d。然后将所有接种污泥排出反应器,即完成了反应器的挂膜。试验中还需要进行废水的模拟,主要是以葡萄糖为主要模拟材料,并且采取手动添加的方式,按照废水中各种微量元素的比例进行废水的模拟。
  1.3 分析方法
  在MBBR运行的过程中,主要分析常规水质指标、生物膜形貌、生理生化特征三方面内容。在进行水质指标的分析时,对于不同的指标选择不同的测定标准,其中COD、NH+4、-N、TN几种指标按照国家要求测定即可,对于剩下的指标则使用专业仪器测定,其中DO使用溶氧仪进行测定,pH值则使用pH计进行测定。在对生物膜进行分析时,不但用进行形貌的分析,还要进行粗糙度的分析,分别使用不同的显微镜进行观测分析。在对生理生化特征进行评价时,使用热减法提取EPS[2]。
  2 结果与讨论
  2.1 不同填料的出水水质比较
  2.1.1 COD
  在实验的第一阶段中,COD浓度在500mg/L,随着试验时间的推移,去除能力也会随着上升,在达到一定值后区域稳定。两个反应器因为填料的不同,会呈现出不同的COD去除率,本次试验主要是对稳定的COD去除能力合理对比。反应器R1在一段时间内会呈现出持续上升的状态,最高的去除率可以达到99.1%,并在25d以后达到94%以上的稳定去除率。反应器2则完全不同,在前3d去除率持续上升,并在之后呈现波动状态,最高处可以达到98.9%,最低处为84.3%,具有不稳定性。
  在试验的第二阶段中,COD的浓度提升为750mg/L,并在试验的后期提升反应器的工作负荷,随着试验的进行,可以明显看出R1的处理效果更高。在浓度改变的过程中,两个反映器都会出现性能下降的问题,这是个自然现象,主要原因是生物膜的正常变化引起的。根据两个阶段的试验数据,可以看出R1的COD去除能力更高,最终可以达到92.2%左右的去除率,变化的波动较小,而R2则具有不稳定性,去除率始终波动较大[3]。
  综合两次事宜按结果,可以明显看出R1的COD去除性能更高,具有更高的稳定性和抗冲击性。在实验的初期,R2的去除能力较高,但是随着时间的推移,呈现出较大的波动。除此之外,本次试验还对两种填料的流化效果进行观察,根据观察明显看出R1的流化效果更高。R2则出现堆料的问题,导致填料在反应器内流动不畅,出现了死水区。
  根据已有的研究表明,填料的密度接近水,并且表面积更大的填料性能更高,具有更强的除污能力。填料的去污能力和填料的表面粗糙度和孔隙率有着直接关系,呈现出正比关系。如果填料的密度接近水,并且具有理想的孔隙率,则会具有较高的过水性能,可以为生物膜的生长提供便利,反应器内进本不会出现堵塞问题。在试验的初期阶段,这种表现更为明显,在生物膜完成生长、代谢等等环节以后,就会趋于稳定。   2.1.2 NH+4-N与TN
  微生物上面具有多种微生物群体,并且由于氧气分布不均的原因,会分为两个菌群分布区域,分别为好氧区和厌氧区,这也为后面的反应提供了便利的創所。在第一个试验阶段,进水NH+4-N为18.26mg/L左右,TN为29.04mg/L左右,在第二个试验则变为进水NH+4-N为36.64mg/L左右,TN为39.82mg/L左右,还提升了试验负荷[4]。
  在试验进行到3d时,R1和R2的氨氮去除率分别为41.4%和40.6%,总氮去除率分别为47.9%和35.9%。随着实验的进行,反应器内生物膜逐渐趋于稳定,去除能力有着较大的提升。在22d以后,可以看出R1的氨氮去除能力更高,而总氮的去除能力则差异不大。在进入到第二个实验阶段时,将进水负荷持续提升,R1的效果仍然要优于R2,可以看出R1的稳定性能更高,且在进水负荷持续上升的情况下,反应器1仍然能够稳定的处理氨氮和总氮,说明R1的抗冲击性能较高。生物膜在持续一段时间后,必然会出现脱落和重新生长的现象,对反应器的去除能力产生了一定的影响,两个反应器都呈现出一定的波动。
  本次试验使用两种填料A、B,其中A填料的密度与水相似,不会对水和空气产生阻碍,在相同的运行添加下,A填料在水中的流动性更好,可以加快反应器中的反应,提升了整个反应器的生化速度。在试验的前期,R1的生物膜生长更快,具有更高的除污能力,且R1中的菌落更加复杂多样,具有更大的孔隙率。随着试验的进行,两种反应器的处理性能差不多,但是在生物膜出现变化时,R1的抗冲击性更强,R2则受到冲击出现去除率的剧烈变化,两种反应器的生长周期差异较大,综上所述R1的氨氮和总氮处理稳定性更高,可以适应高负荷的工作状态。
  2.2 生物膜厚度及形貌差异
  根据对试验中生物膜厚度的观察记录发现,反应器R1要远高于R2,并且具有相近的生长变化趋势。在第一个试验阶段,R1先挂膜,并且基本保持着高于R2的生长速度,最高是可以达到R2的数倍。在第二个试验阶段,已经趋于稳定的生物膜会脱落并更新,两个反应器的生物膜厚度都会随之发生变化,呈现为先下降后上升的状态。两个反应器生物膜最厚的时间点不同,分别为82d和96d,其中R1的最大值为219.1μm,R2的最大值为188.3μm。A填料具有更高的孔隙率,在加入到反应器以后,会更快的流动反应,填料中的微生物具有更快的生长代谢速度,可以快速生长出生物膜。除此之外,在细菌接触到生物膜时,会分泌一些粘结物质,进而增加生物膜厚度[5]。
  2.3 粘附力、粗糙度和形貌
  2.3.1 粘附力
  根据试验结果表明,R1的粘附力更强,主要受其机构的影响,具体的粘附力为9.6nN。根据对已有研究查阅发现,TB-EPS内部的有机大分子结合紧密,并且牢固的粘在细胞壁上面,很难出现脱落的现象。而LB-EPS则处在最外层,流动性较高,容易随着周边环境出现变化,可能呈现为向后边扩散的情况,具有更为松散的结构。为此,可以看出R1的粘附力与其含有的TB-EPS含量有关,含量越高粘附力也越高。多糖对于生物膜有着直接影响,根据试验得知两种填料的多糖含量基本一致。R2的粗糙度要高于R1,主要是由于形貌的变化,试验中R1的附着力更高,大量的EPS覆盖在生物表面,降低间谷高度,进而降低粗糙度。
  2.3.2 生物膜形貌
  在对生物膜形貌观察时,主要根据试验后期的数据,在第二试验阶段中,生物膜才会出现脱落的现象,在此时进行形貌的观察可以发现,R1表面上的EPS更多,并且覆盖在生物膜表面,填充了微生物谷之间的空缺,进而降低了整体的谷高。而R2缺乏EPS,具有更大的粗糙度,这与上面的研究相符,在结合两个反应器中营养物质的变化,可以看出R1具有更多的EPS,可以更快的形成生物膜。
  2.4 生物膜活性分析
  2.4.1 蛋白质和多糖
  在试验的初期,R2的蛋白质和多糖含量更高,随着反应器逐渐趋于稳定,R1的含量开始超过R2。并且在后期要高于R2。经过对两种填料自身性质的分析认为,这种变化主要是由于A填料的孔隙率较高造成的。随着COD浓度的逐渐升高,两个反应器都会呈现出蛋白质下降趋势,在负荷增加的情况下,增加了可用基质,进而提升了细菌的增长效率。
  R1内的多糖含量前期呈现出上升的趋势,后期则出现先下降再回升的状态,并且和R2的多糖含量基本一致。虽然两种反应器的多糖含量在稳定后基本一致,但是R2的多糖增加速度稍缓,具有一定的滞后性。
  2.4.2 脱氢酶活性
  脱氢酶属于一种还原酶,对机制具有一定的刺激能力,其活性可以作为除污能力的处理指标之一。两种填料的活性会随着时间推移不断下降,其中R1的活性要明显高于R2,主要是因为A填料的孔隙率更高,所以具有更好的挂膜效果。在试验的后期,两种填料的活性都会大幅度下降,其中R1处理器中脱氢酶活性降到原值的52.6%,而R2处理器中脱氢活性酶则会降到原值的33.3%。综上所述,虽然两种处理器中的活性都会不断下降,但是总体上R1的活性更高,具有更高的微生物分解污染物能力。
  3 结论
  本文主要通过试验的方式对两种填料性能进行对比分析,并且发现A填料的各方面性能更高,更适用于MBBR反应器。本次试验主要有四方面内容,首先对出水水质进行比较分析,包括COD、NH+4-N、TN去除能力的对比,R1具有更高的稳定性和抗冲击能力,在更高的工作负荷下,都可以保证去除的稳定,不会出现大幅度的波动。其次,对生物膜厚度及形貌进行研究分析,由于A填料的孔隙率更高,所以具有更好的流化效果,进而具有更高的生物膜厚度。再次,对粘附力、粗糙度进行研究对比,由于填料A具有更高的EPS含量,为此生物膜的更新更快。最后对生物膜的活性对比分析,包括蛋白质、多糖、脱氢酶活性三部分内容。其中R1的蛋白质含量更高,主要是由于孔隙率决定,而两种多糖含量基本一致,但是填料B具有一定的滞后性。可以看出,填料A的各方面性能更高,更适用于与MBBR。
  参考文献:
  [1]龚丽影,赵如金,卞瑛磊,等.NASF-MBBR处理污水的试验研究[J].环境科学与技术,2017(12).
  [2]中试二级MBBR处理反渗透浓水深度脱氮的影响研究[D].兰州大学,2017.
  [3]MBBR工艺中悬浮填料的参数控制及优化组合研究[D].西南科技大学,2017.
  [4]王亚举,黄胜,杨慧敏,等.不同填充率对MBBR污水处理效果影响研究[J].广东化工,2017,44(8):149-150.
  [5]佚名.硝化液回流比对MBBR一体化设备脱氮除磷的影响研究[J].广东化工,2018,45(17):71-73.
论文来源:《科技创新与应用》 2019年21期
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14902901.htm