祝麗思,閆 鵬

(1.內(nèi)蒙古建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院,內(nèi)蒙古呼和浩特010070;2.呼和浩特鐵路局集體經(jīng)營管理處,內(nèi)蒙古呼和浩特010050)

1 引言

固定化技術(shù)是從20世紀(jì)60年代開始迅速發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù),該技術(shù)在化工、醫(yī)藥等行業(yè)的成功應(yīng)用,引起了許多學(xué)者對活性污泥固定化的重視[1]。本文采用包埋與交聯(lián)聯(lián)合應(yīng)用的PVA-硼酸固定化法,對生活污水的處理做了一些淺嘗研究。

2 材料與方法

2.1 實(shí)驗(yàn)材料

研究中用到的活性污泥取自于蘭州雁兒灣污水廠二沉池,其他材料均為化學(xué)純。

2.2 實(shí)驗(yàn)廢水水質(zhì)

實(shí)驗(yàn)采用蘭州交通大學(xué)居民區(qū)生活污水,其水質(zhì)情況如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)廢水水質(zhì)

2.3 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)所用裝置如圖1所示,反應(yīng)器是由有機(jī)玻璃制成的長方體。曝氣區(qū)外形為長30cm,寬20cm,有效高度為23cm,有效容積為12.4L?？諝庥裳b置的底部進(jìn)入并均勻分布,采用高水箱連續(xù)進(jìn)水,3片PVA生物膜片垂直于進(jìn)水方向放置。

圖1 反應(yīng)裝置示意圖

2.4 實(shí)驗(yàn)方法及內(nèi)容

以聚乙烯醇(PVA)為包埋材料,以含2%CaCl2的飽和硼酸作為交聯(lián)劑,采用包埋和交聯(lián)聯(lián)合應(yīng)用的微生物固定化方法固定馴化后的活性污泥,以網(wǎng)格塑料片作為支撐體,制備成固定化生物膜。生物膜活性恢復(fù)后,組裝固定化微生物反應(yīng)器,對生活污水進(jìn)行處理。考察水力停留時(shí)間(HRT)、溫度、pH值、進(jìn)水濃度等因素對處理效果的影響,在優(yōu)選條件下連續(xù)運(yùn)行1個(gè)月,考察其對有機(jī)負(fù)荷沖擊的抵抗能力。

2.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.5.1 水力停留時(shí)間對CODcr去除率的影響

在進(jìn)水水質(zhì)一定的情況下,維持空氣泵 12L/min的流量下持續(xù)曝氣,調(diào)節(jié)流速以控制廢水水力停留時(shí)間,考察水力停留時(shí)間(HRT)對處理效果的影響,如圖2。

圖2 水力停留時(shí)間對CODcr去除率的影響

由圖2,CODcr的去除率隨著水力停留時(shí)間的增加呈增大趨勢,但HRT超過10h,CODcr去除率增大比較緩慢,并且此時(shí) CODcr去除率可以達(dá)到87.04%。繼續(xù)增加停留時(shí)間對處理效果沒有太大的改觀,而且還增大了能耗。故選擇水力停留時(shí)間為10h。

2.5.2 溫度對CODcr去除率的影響

在進(jìn)水水質(zhì)相同,曝氣速率為12L/min,水力停留時(shí)間為10h的條件下,考察不同溫度下CODcr的去除率,如圖3所示。

圖3 溫度對對CODcr去除率的影響

微生物對外界環(huán)境的變化非常敏感,我們一般將活性污泥處理的最高與最低的溫度值分別控制在35℃和15℃[2]。由圖3可以看出,CODcr去除率隨著溫度的升高逐漸增大,溫度在20～30℃范圍內(nèi),CODcr去除率最高,溫度超過30℃,CODcr去除率又有所下降,但整個(gè)曲線變化幅度不大,在試驗(yàn)溫度10～50℃范圍內(nèi),CODcr去除率均在80%以上。由此,活性污泥經(jīng)固定化后,對溫度的適應(yīng)能力比普通活性污泥的適應(yīng)范圍15～35℃變寬了。

2.5.3 pH值對處理效果的影響

實(shí)驗(yàn)中我們在進(jìn)水水質(zhì)相同,曝氣速率為12L/min,水力停留時(shí)間為10h,選取相對適宜溫度27℃的條件下,考察不同pH值對處理效果的影響如圖4所示。

圖4 p H值對CODcr去除率的影響

微生物對pH值改變的適應(yīng)比對溫度改變的適應(yīng)過程要慢得多[3]。從圖4可以看出,活性污泥經(jīng)固定化后,pH值在4～10之間變化時(shí),CODcr去除率波動(dòng)幅度不是太大,最適宜的pH值范圍還是6.5～8.5。分析其原因,活性污泥被包埋之后,細(xì)菌被包裹在凝膠的微小空格內(nèi)或埋于半透膜聚合物的超濾膜內(nèi),受外界的影響比較小。故包埋之后的微生物對pH值的適應(yīng)范圍也比固定前變寬了,即對pH值變化的適應(yīng)性較好。

2.5.4 進(jìn)水濃度對處理效果的影響

在曝氣速率為12L/min,水力停留時(shí)間為10h,選取相對適宜溫度 27℃,相對適宜 pH值的條件下,考察不同進(jìn)水濃度對處理效果的影響,如圖5所示。

圖5 進(jìn)水濃度對CODcr處理效果的影響

在實(shí)驗(yàn)CODcr濃度 216～944mg/L范圍內(nèi),濃度低于752mg/L時(shí),CODcr去除率相對較高,均能保持在90%以上,濃度在328～656mg/L范圍內(nèi),處理效果達(dá)到最好,此時(shí)固定化細(xì)胞表現(xiàn)出最佳狀態(tài)。進(jìn)水濃度大于752m g/L時(shí),去除率出現(xiàn)下降趨勢。分析原因,一方面微生物周圍基質(zhì)濃度過高,產(chǎn)生大量的代謝物,不能及時(shí)向外擴(kuò)散,又反過來影響了傳質(zhì)性能,使外部的基質(zhì)不容易被很好地利用;另一方面,由于PVA凝膠傳質(zhì)性能不夠好,高濃度的基質(zhì)向PVA生物膜內(nèi)部的傳輸受到影響?？梢?固定化微生物不適宜處理濃度很高的生活污水。

2.5.5 優(yōu)選條件下的連續(xù)實(shí)驗(yàn)

維持最佳運(yùn)行條件,通過高位水箱進(jìn)水,反應(yīng)器連續(xù)運(yùn)行1個(gè)月,每 4d測 1次CODcr和氨氮,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

圖6 連續(xù)運(yùn)行時(shí)CODcr的處理情況

在實(shí)驗(yàn)過程中,進(jìn)水 CODcr濃度從 200～896m g/L不等,而CODcr的去除率都能保持在85%以上,最高可達(dá)到92%。說明固定化細(xì)胞對有機(jī)負(fù)荷的沖擊有一定的抵抗能力,從圖4～5中也可以看出,當(dāng)CODcr升高到896mg/L時(shí),去除率曲線雖有所下降,但出水也能達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)(GB8978-1996)中的二級排放標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)語

生物固定化技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)引起了人們的普遍關(guān)注,具有廣闊的發(fā)展前景,但目前固定化技術(shù)處理廢水仍處于起步階段。相信隨著對生物固定化技術(shù)的不斷深入研究和發(fā)展,該項(xiàng)技術(shù)必將成為一項(xiàng)高效而實(shí)用的廢水處理技術(shù)。本文通過利用包埋固定化微生物技術(shù)對生活污水處理進(jìn)行初步研究,得出經(jīng)固定化后,活性污泥對溫度和pH值的適應(yīng)范圍變寬。固定化細(xì)胞對有機(jī)負(fù)荷的沖擊有一定的抵抗能力。本實(shí)驗(yàn)是在實(shí)驗(yàn)室研究的,生物膜是靠玻璃釘固定在反應(yīng)器上的,因此,應(yīng)用到實(shí)際時(shí),仍存在問題。

[1]閔 航,鄭耀通.聚乙烯醇包埋厭氧活性污泥處理廢水的最優(yōu)化條件研究[J].環(huán)境科學(xué),1994,15(5)：10～14.

[2]張自杰.排水工程[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2006.

[3]沈耀良,王寶貞.廢水處理新技術(shù)——理論與應(yīng)用[M].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社,1999.