方建文,劉建廣,郝兆亮

(山東建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院,山東濟(jì)南 250101)

懸浮填料好氧移動(dòng)床反應(yīng)器掛膜啟動(dòng)方式研究

方建文,劉建廣,郝兆亮

(山東建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院,山東濟(jì)南 250101)

主要針對(duì)好氧移動(dòng)床處理生活污水掛膜啟動(dòng)方式進(jìn)行了研究。考察了接種污泥對(duì)掛膜啟動(dòng)過(guò)程的影響,同時(shí)對(duì)啟動(dòng)過(guò)程中微生物相的變化以及出水中主要污染物隨時(shí)間的變化情況進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:在溫度為 30～35℃,MBBR1和MBBR2均能在 16d左右完成掛膜啟動(dòng),載體上附著微生物生長(zhǎng)穩(wěn)定時(shí)生物膜質(zhì)量濃度分別達(dá) 1.2g/L和 1.4g/L,接種污泥并不能加速掛膜啟動(dòng)過(guò)程。試驗(yàn)還顯示,掛膜過(guò)程中,CODCr和氨氮的去除率并不是同步提高,好氧異養(yǎng)菌的增殖速度較快,硝化菌的增殖速度較慢。

移動(dòng)床反應(yīng)器;接種污泥;生活污水;掛膜研究

在污水處理中,由于當(dāng)前不斷增加的污水水量、有限的可用土地面積以及日益嚴(yán)格的出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)使生物膜處理技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用。移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器Moving Bed Biofilm Reactor(MBBR)是在流化床基礎(chǔ)上形成的污水處理新技術(shù)。它具有處理能力高、能耗低、不需要反沖洗、水頭損失小、不發(fā)生堵塞的工藝特點(diǎn)。反應(yīng)器中的填料具有較高的比表面積,生物膜在填料內(nèi)外表面都能大量生長(zhǎng),異養(yǎng)和自養(yǎng)微生物利用水中的 C、N、P等進(jìn)行新陳代謝,從而起到凈化污水的作用[1]。國(guó)外對(duì)移動(dòng)床反應(yīng)器進(jìn)行了大量研究[2～4],并大量應(yīng)用于城市污水處理廠,取得了良好的處理效果。反應(yīng)器出水效果好壞,主要取決于生物膜,必須在填料上形成穩(wěn)定的生物膜,才能保證出水的效果。因此采用合適的掛膜方法對(duì)生物膜反應(yīng)器的快速啟動(dòng)和穩(wěn)定運(yùn)行有重要的意義。通常認(rèn)為,增加懸浮微生物的質(zhì)量濃度可以加速生物膜反應(yīng)器的掛膜啟動(dòng)[5,6]。但如果不接種污泥,僅利用污水自身所含的活性微生物,是否有利于掛膜啟動(dòng)的迅速完成。為此,作者以生活污水作為處理對(duì)象,采用中試規(guī)模的移動(dòng)床反應(yīng)器研究了接種污泥對(duì)反應(yīng)器掛膜啟動(dòng)過(guò)程的影響,同時(shí)對(duì)掛膜過(guò)程中微生物相的變化以及懸浮污泥的影響進(jìn)行了初步探討,以期為移動(dòng)床反應(yīng)器的工程應(yīng)用提供有益參考。

1 實(shí)驗(yàn)裝置與材料

1.1 試驗(yàn)裝置及流程

反應(yīng)器為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu),長(zhǎng)、寬、高分別為0.25、0.3、0.5m,有效容積為 25L。反應(yīng)器內(nèi)投加的載體填料為聚乙烯柱狀填料,該填料孔隙較大,生物膜更新速度快、活性高,適合高負(fù)荷下運(yùn)行;進(jìn)水是由水泵從水箱抽取經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計(jì)流入反應(yīng)器內(nèi),利用轉(zhuǎn)子流量計(jì)控制空氣泵的進(jìn)氣量,反應(yīng)器采用陶瓷微孔曝氣頭曝氣。懸浮填料的流化主要靠反應(yīng)器底部曝氣產(chǎn)生的提升力實(shí)現(xiàn)。填料規(guī)格見(jiàn)表 1。

表 1 填料特性參數(shù)

1.2 試驗(yàn)水質(zhì)

實(shí)驗(yàn)所用廢水來(lái)自某大學(xué)中水站生活污水原水,水質(zhì)主要參數(shù)見(jiàn)表 2。

表 2 原水水質(zhì)

1.3 分析方法

(1)各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)均采用《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法 (第 4版)》[7]標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)定。pH采用 PHS-3C精密 pH計(jì)測(cè)定;CODCr檢測(cè)采用重鉻酸鉀法;氨氮測(cè)定采用納氏試劑比色法;生物相采用OLY MPUS電子顯微鏡觀察;DO用溶解氧測(cè)定儀測(cè)定;VSS/SS:烘干稱重法。

(2)填料生物膜濃度的測(cè)定。首先將生物膜填料置于 0.1mol/L的 NaOH堿液中,并在 60℃的水中溶解 20min,使生物膜與載體表面的交聯(lián)程度大大降低,然后再機(jī)械剝落處理;剝落后生物膜干重的測(cè)定與懸浮微生物干重的測(cè)定方法相同 (填料生物膜濃度單位折算為與懸浮微生物濃度單位一致,即 g/L)[8]。

2 啟動(dòng)與掛膜試驗(yàn)

試驗(yàn)接種活性污泥取自某大學(xué)中水站的二沉池回流污泥。試驗(yàn)在 30～35℃條件下進(jìn)行,柱狀填料投加填充比為 50%。將混合液懸浮污泥(MLSS)濃度稀釋至 8～10g/L進(jìn)行接種 MBBR1。MBBR1反應(yīng)器的曝氣量為 120L/h;MBBR2采用原水掛膜,反應(yīng)器曝氣量為 120L/h;先悶曝 48h,使微生物與填料充分接觸,然后開(kāi)始以 1L/h流量進(jìn)水 (水力停留時(shí)間為 24h),3d后調(diào)節(jié)進(jìn)水為 2L/h(水力停留時(shí)間為 12h),在此條件下進(jìn)行生物膜的掛膜試驗(yàn),同時(shí)每天對(duì)進(jìn)出水氨氮、有機(jī)物濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3 結(jié)果與分析

3.1 接種污泥對(duì)移動(dòng)床反應(yīng)器掛膜啟動(dòng)過(guò)程的影響

為了研究接種污泥對(duì)移動(dòng)床反應(yīng)器掛膜的影響,我們對(duì)MBBR反應(yīng)器中懸浮填料上的生物膜量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。結(jié)果如圖 2所示。

從圖 2可以看出,由于MBBR1接種了活性污泥,少部分污泥附在填料的中心交叉面上,因此MBBR1填料上開(kāi)始時(shí)生物量就達(dá)到 0.1g。MBBR2中的填料到第 4d時(shí)表面出現(xiàn)了一層淡黃色薄膜,此后逐步在填料載體表面形成小而分散的微生物菌落。由于溫度較高,供氧穩(wěn)定,微生物生長(zhǎng)良好。至第 6d時(shí),MBBR1和MBBR2中填料上的生物膜質(zhì)量濃度 VSS分別為 0.3和 0.24g/L。從第 8d至第 14d為微生物的快速增長(zhǎng)期,14d后,單位體積生物膜量分別達(dá)到 0.98g/L、1.16g/L。以后生物膜生長(zhǎng)基本趨于穩(wěn)定,分別為 1.2g、1.4g左右。無(wú)接種污泥掛膜啟動(dòng)結(jié)束時(shí)的生物膜質(zhì)量濃度略高一些。兩種掛膜方法的啟動(dòng)進(jìn)程基本一致,掛膜啟動(dòng)時(shí)間均為 16d左右,不添加接種污泥不會(huì)造成掛膜啟動(dòng)時(shí)間的延長(zhǎng)。單位體積的生物膜量相比于某些研究[9,10]相對(duì)低一些,主要因?yàn)楸敬螌?shí)驗(yàn)選用的大學(xué)生活污水中的 COD相對(duì)較低,不利于微生物的生長(zhǎng);另一方面,本實(shí)驗(yàn)掛膜過(guò)程中曝氣強(qiáng)度較大,對(duì)生物膜的沖刷較強(qiáng)。

3.2 掛膜過(guò)程中 COD的去除情況對(duì)比

圖 3、圖 4是在兩種不同方式掛膜啟動(dòng)過(guò)程中COD的去除情況。掛膜初期,MBBR1中的異養(yǎng)菌的適應(yīng)期較短。在開(kāi)始的前幾天,MBBR1對(duì)有機(jī)物就已有近 20%的去除率,原因是由于MBBR1中接種了污泥,部分污泥附著在填料內(nèi)部交叉處,不容易被沖刷掉,有利于微生物的繁殖。由此可見(jiàn)懸浮污泥在初期起到了重要作用。MBBR2在悶曝結(jié)束后前 3d一直處于適應(yīng)階段,對(duì) COD的去除效果很少,填料上肉眼幾乎看不到生物膜存在,從第4d開(kāi)始去除效果開(kāi)始變好,在 8～14d這段時(shí)間內(nèi),CODCr去除率增加迅速,從最初的 5%左右,增加到 40%左右,生物膜也逐漸顯現(xiàn)出來(lái)。隨掛膜過(guò)程的進(jìn)行,出水 COD最后逐步降低,到60mg/L左右。但在設(shè)備運(yùn)行幾天后,COD去除率開(kāi)始稍微有所下降,造成這種現(xiàn)象的原因是由于異養(yǎng)微生物在生長(zhǎng)的初期繁殖速度較快,而硝化細(xì)菌對(duì)新的生長(zhǎng)環(huán)境適應(yīng)時(shí)間較異養(yǎng)細(xì)菌長(zhǎng),所以開(kāi)始一段時(shí)間異養(yǎng)菌占優(yōu)勢(shì),但隨著硝化細(xì)菌對(duì)環(huán)境的適應(yīng),硝化細(xì)菌開(kāi)始大量繁殖,在一定程度上,影響了異養(yǎng)菌的生長(zhǎng),造成了 COD去除率的稍微下降。

3.3 掛膜過(guò)程中氨氮的去除情況對(duì)比

從圖 5和圖 6可以看出,啟動(dòng)掛膜第 4d,MBBR1對(duì)氨氮去除率僅為 10%,第 5～8d,去除率僅增長(zhǎng)了 15%;MBBR2在啟動(dòng)初的 7d內(nèi),對(duì)氨氮的去除率也僅為 8%左右。主要是由于硝化細(xì)菌的適應(yīng)環(huán)境能力較異養(yǎng)菌弱[8],MBBR1和MBBR2分別從第 9d和第 10d開(kāi)始,氨氮的去除效果開(kāi)始迅速提高,MBBR1在第 16d后,氨氮去除率達(dá)到了50%左右,MBBR2在第 18d后,氨氮去除率達(dá)到了 55%左右,去除率都已趨于穩(wěn)定。造成這種現(xiàn)象的原因是由于異養(yǎng)微生物在生長(zhǎng)的初期繁殖速度較快,而硝化細(xì)菌對(duì)新的生長(zhǎng)環(huán)境適應(yīng)時(shí)間較異養(yǎng)細(xì)菌長(zhǎng),所以開(kāi)始一段時(shí)間異養(yǎng)菌占優(yōu)勢(shì),但隨著硝化細(xì)菌對(duì)環(huán)境的適應(yīng),硝化細(xì)菌開(kāi)始大量繁殖,從而使反應(yīng)器的氨氮去除率迅速提高。在氨氮的去除方面,接種污泥的MBBR1與MBBR2去除效果沒(méi)有十分明顯的區(qū)別。同時(shí)填料表面及內(nèi)部都已長(zhǎng)滿大量生物膜,標(biāo)志著掛膜已基本成功。

3.3 生物相的觀察

掛膜初期,填料上基本無(wú)生物膜生長(zhǎng),僅有少量絲狀菌開(kāi)始繁殖。MBBR1因接種了污泥,填料上附著部分污泥。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中肉眼觀察發(fā)現(xiàn),填料內(nèi)表面在第 4d時(shí)均出現(xiàn)了一層淡黃色薄膜,逐步在填料載體表面形成小而分散的微生物菌落。隨掛膜過(guò)程的進(jìn)行,填料表面的微生物相發(fā)生了較大變化,以絲狀真菌為主,同時(shí)有少量短桿菌,生物膜厚度增大。肉眼觀察,填料內(nèi)表面的淡黃色生物膜變?yōu)辄S褐色。普通鏡檢發(fā)現(xiàn),累枝蟲(chóng)屬等原生動(dòng)物的量也有明顯增加,微生物種群分布進(jìn)一步完善,生物膜生長(zhǎng)進(jìn)入相對(duì)穩(wěn)定期,由于受水力剪切作用和營(yíng)養(yǎng)底物濃度等條件的限制,生物膜的生長(zhǎng)與老化脫落之間處于動(dòng)態(tài)平衡。掛膜完成后取反應(yīng)器中附著生物膜和懸浮生物膜進(jìn)行鏡檢觀察,本試驗(yàn)中載體上的生物膜生長(zhǎng)良好,柱狀填料載體表面生物膜較薄,約 0.4mm左右,內(nèi)部生物膜較厚,約 2 mm,生物膜較厚實(shí),不易脫落。反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行期,經(jīng)顯微鏡觀察,填料上的生物相豐富,可以觀察到較多的絲狀菌,大量的鐘蟲(chóng)、纖毛蟲(chóng)等原生動(dòng)物,以及少量的輪蟲(chóng)、線蟲(chóng)等微型后生動(dòng)物,構(gòu)成一個(gè)完整的生物體系。其中,固著形纖毛蟲(chóng)種類豐富,數(shù)量眾多,主要有獨(dú)縮蟲(chóng)、聚縮蟲(chóng)、累枝蟲(chóng)和蓋纖蟲(chóng)等。而懸浮污泥中的生物相較少,主要由絲狀菌、細(xì)菌和藻類組成,還包括少量的原生動(dòng)物和后生動(dòng)物存在。

4 結(jié)論

(1)在溫度為 30±5℃,從 CODCr和 NH+4-N的去除效果上看,MBBR1和 MBBR2均在 16d左右完成掛膜啟動(dòng),兩種載體上附著微生物生長(zhǎng)穩(wěn)定時(shí)生物膜質(zhì)量濃度分別達(dá)到 1.3g/L和1.6g/L,低于前者,添加接種污泥不能加速啟動(dòng)過(guò)程。

(2)移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器兩種方式掛膜過(guò)程中,CODCr和氨氮去除率的提高不是同步的;生物膜增長(zhǎng)過(guò)程中,好氧異養(yǎng)菌的增殖速度較快,硝化菌的增殖速度較慢。單純進(jìn)行去除有機(jī)物的異養(yǎng)菌的培養(yǎng),在溫度為 30～35℃左右時(shí),兩種掛膜方式均可在 16d左右完成掛膜任務(wù),硝化菌的培養(yǎng)時(shí)間要更長(zhǎng)一些。

(3)兩種掛膜方式相比,所用時(shí)間相差不大,采用原水掛膜生物膜相比接種掛膜厚,因此選擇原水掛膜較好。

[1]李兵,張建強(qiáng).移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器在污水處理中的應(yīng)用[J].工業(yè)安全與環(huán)保,2007,33(4).

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Study on StartupM ethods of Biofilm Culturing of Suspended Carrier AerobicM oving Bed Reactor

FANG Jian-wen,L IU Jian-guang,HAO Zhao-liang
(School of Municipal&Environment Engineering of Shandong Jianzhu University,Jinan Shandong 250101 China)

The startup methods of aerobic moving bed biofilm formation for domestic wastewater treatment reactor are studied.The effects on startup process by seed sludge are investigated,and the changes of micro-organism phase and the changes of the main pollutants as time goes in the startup process are analyzed.The results indicate that MBBR1 and MBBR2 can be cultured the film successfully in sixteen days when the temperature is 30 to 35℃,and the concentration of the biofilm on the carrier can reach 1.2g/L and 1.4g/L respectively when they grow stably.The seed sludge cannot speed up the process of biofilm culturing.The removal rates of CODCrand NH3-N will not be improved at the same time during the biofilm culturing process.There is high speed for growth of population of aerobic heterotrophic bacteria with slow speed for growth of population of nitrobacter.

moving bed reactor;seed sludge;domestic wastewater;research on biofilm culturing

X703

A

1673-9655(2010)01-0011-04

2009-09-03

國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)(2008ZX07422003)。

方建文 (1985-),男,漢族,山東青島人,在讀碩士研究生,主要研究方向:水污染控制。