武曉紅，單 桐

(1.山西林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,林學(xué)系，山西 太原 030009；2.太原理工大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，山西 太原 030024)

生物接觸氧化法(BCO)是從生物膜法進(jìn)化出來的同時(shí)具有活性污泥法與生物膜法兩種工藝特點(diǎn)的一種新型高效污水處理方法，具有耐沖擊、負(fù)荷高、掛膜快、適應(yīng)性強(qiáng)、克服污泥膨脹、可間歇等優(yōu)點(diǎn)[1].此放法首次應(yīng)用于20世紀(jì)19世紀(jì)末[2]，但直到20世紀(jì)70年代后期，塑料材料[3]工業(yè)發(fā)展之后，此法才開始迅速發(fā)展.中國在20世紀(jì)70年代中開始研究此法在城市污水和工業(yè)污水上的應(yīng)用，現(xiàn)已投入實(shí)際生產(chǎn)中[4].

食品加工廢水通常有固體懸浮物多、可生化性好、有機(jī)物含量高、含氮量高、水量水質(zhì)變化大、油脂高的特點(diǎn).針對(duì)當(dāng)前食品加工廢水的污水處理設(shè)施普遍存在投資運(yùn)行費(fèi)用高、活性污泥量大、處理效果不穩(wěn)定、出水氨氮和CODcr不達(dá)標(biāo)、污泥膨脹頻發(fā)等問題，同時(shí)結(jié)合生物接觸氧化法自身的技術(shù)特點(diǎn)，用多級(jí)串聯(lián)式生物接觸氧化的優(yōu)化設(shè)計(jì)理論[5]，本試驗(yàn)將使用缺氧[6]/二級(jí)生物接觸氧化(A/BCO)的串聯(lián)組合生物反應(yīng)器工藝處理食品加工廢水[7].此工藝投資運(yùn)行費(fèi)用低，處理效果穩(wěn)定，既能取得剩余污泥的減量化和穩(wěn)定化同時(shí)得到較高的固體懸浮物、氨氮和CODcr去除率，使得排水質(zhì)量達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8987-1996)中第二類污染物最高允許排放要求的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：CODcr為100 mg/L,氨氮為15 mg/L.

圖1 缺氧/二級(jí)生物接觸氧化工藝流程圖

表1試驗(yàn)污水水質(zhì)

Tab.1 The inflow water quality during experiment

項(xiàng)目CODcr/mg·L-1NH3-N/mg·L-1水溫/℃pH含量613.2～843.132.67～50.3920～246.76～7.58

表2 試驗(yàn)分析測(cè)定項(xiàng)目、方法及儀器

筆者主要研究A/BCO處理食品加工廢水時(shí)，水力停留時(shí)間(HRT)以及氣水比(GWR)[8]對(duì)A/BCO去除CODcr及氨氮運(yùn)行效果的影響，以期為A/BCO處理食品加工廢水的研究與應(yīng)用奠定基礎(chǔ).

1 試驗(yàn)材料與研究方法

1.1 試驗(yàn)裝置

本試驗(yàn)采用缺氧/二級(jí)生物接觸氧化/斜板沉淀一體化裝置.該試驗(yàn)裝置用透明有機(jī)玻璃制成，尺寸為750 mm×200 mm×450 mm，有效高度為250 mm，有效容積為52.5 L.該反應(yīng)器為四部分，第一部分缺氧池，第二部分一級(jí)生物接觸氧化池，第三部分二級(jí)生物接觸氧化池，第四部分沉淀池.在本試驗(yàn)反應(yīng)器中的水流在各部分均是上向流.詳細(xì)工藝流程圖見圖1.

本試驗(yàn)裝置正常運(yùn)行時(shí)連續(xù)24 h運(yùn)行，硝化液回流泵，生化反應(yīng)器中機(jī)械攪拌機(jī)均連續(xù)運(yùn)行，污泥回流泵定時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，通常早晚各進(jìn)行一次污泥回流.

1.2 試驗(yàn)用水

本試驗(yàn)用水來自于太原市某食品加工基地，出水已經(jīng)過隔油以及化糞池處理.近期，通過對(duì)該食品加工基地的化糞池出水進(jìn)行多次取樣分析后，其水質(zhì)指標(biāo)如下表1所示.

此時(shí)的出水呈黑色，異味重，有大量的固體懸浮物，由脂類、蛋白質(zhì)、糖、有機(jī)酸等組成的有機(jī)污染物和氮等無機(jī)污染物的含量仍然很高，因此需要進(jìn)一步的處理.

1.3 接種污泥與污泥培養(yǎng)

接種污泥均來源于太原某污水廠二沉池回流污泥.靜置沉降后，再用100目的細(xì)孔篩進(jìn)行過濾，最終得到沉降污泥.得到的污泥在系統(tǒng)運(yùn)行之前需要進(jìn)一步的掛膜處理，為了使得掛膜速度加快，在掛膜的初期，對(duì)進(jìn)水要加入各種污泥培養(yǎng)基.

1.4 試驗(yàn)測(cè)試項(xiàng)目、方法和測(cè)試儀器

試驗(yàn)過程所測(cè)試項(xiàng)目、方法及所用的測(cè)試儀器見表2.

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 HRT對(duì)運(yùn)行效果的影響

HRT是反映待處理污水在反應(yīng)器內(nèi)的平均停留時(shí)間，也是污水與生物膜接觸并作用的平均時(shí)間，是污水生物處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵參數(shù)之一，數(shù)值上等于反應(yīng)器有效容積與進(jìn)水流量之比.本試驗(yàn)中，反應(yīng)器是固定容積條件，因此可以通過改變進(jìn)水流量大小即可以改變水力停留時(shí)間的長短.本試驗(yàn)設(shè)定氣水比為15∶1[9]，混合液回流比為300%，然后改變進(jìn)水流量，確定水力停留時(shí)間分別為3、5、7、10、14、20 h六種不同情況下對(duì)CODcr去除和氨氮(NH3-N)去除的影響.

2.1.1 HRT對(duì)CODcr去除的影響 HRT對(duì)CODcr去除影響情況如表3所示.根據(jù)表3可以得知，試驗(yàn)裝置對(duì)CODcr的去除率在HRT小于10 h之前，隨著水力停留時(shí)間的延長而呈較快的增長之勢(shì)，當(dāng)HRT大于10 h之后，CODcr去除率降低，且去除率呈負(fù)增長的趨勢(shì),這主要是因?yàn)殡S著HRT的延長，污水中存在的大量有機(jī)底物會(huì)在缺氧池中被氧化降解，這就會(huì)使好氧池中生物膜物因?yàn)樨?fù)荷過低，而得不到足夠的營養(yǎng)物質(zhì)，最終加快老化脫落速度，從而就使得CODcr去除率下降，使出水CODcr濃度升高.因此我們可以看出水力停留時(shí)間在10-14 h時(shí)，系統(tǒng)對(duì)CODcr的去除率最高，可以達(dá)到90%以上，而且出水CODcr的濃度也在60 mg/L左右，達(dá)到了污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB8987-1996)的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn).

2.1.2 HRT對(duì)氨氮(NH3-N)去除的影響 不同HRT對(duì)應(yīng)NH3-N去除的效果如表4所示.

表3 HRT對(duì)CODcr去除的影響

Tab.3 HRT or the removal of CODcr

水力停留時(shí)間/h原水CODcr濃度/mg·L-1出水CODcr濃度/mg·L-1CODcr平均去除率/%3767.5138.917581.95812.5119.437585.37773.581.99189.410711.852.673292.614724.763.773691.220730.375.220989.7

表4 HRT對(duì)氨氮(NH3-N)去除的影響

Tab.4 HRT on the removal of NH3-N

水力停留時(shí)間/h原水氨氮濃度/mg·L-1出水氨氮濃度/mg·L-1氨氮平均去除率/%341.3726.1872136.7539.8319.4370451.2742.1716.3197961.31040.7712.4348569.51439.849.4420876.32041.128.1417680.2

根據(jù)表4可以得知，隨著HRT的不斷延長，氨氮的去除率呈不斷上升的趨勢(shì)，但是氨氮的去除率的增長速度呈下降的趨勢(shì).這主要是因?yàn)榘钡娜コ饕峭ㄟ^好氧池硝化菌的硝化作用，將氨氮氧化為硝態(tài)氮來去除，因此，隨著HRT的不斷延長，好氧池的好氧自養(yǎng)硝化菌就會(huì)大量繁殖，直到細(xì)菌繁殖量達(dá)到達(dá)到動(dòng)態(tài)飽和時(shí)，氨氮的去除率在此過程中不斷升高，直到穩(wěn)定.對(duì)于本試驗(yàn)來說，達(dá)到污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB8987-1996)的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)即可，故HRT選擇10-14 h即可，此時(shí)氨氮出水濃度小于15 mg/L，且氨氮去除率達(dá)到69%以上.

2.2 GWR對(duì)運(yùn)行效果的影響

GWR數(shù)值上等于曝氣量與進(jìn)水量之比，此參數(shù)直接影響反應(yīng)器中溶解氧的濃度，因此GWR是廢水處理非常重要的參數(shù)之一，必須選擇合適的參數(shù).確定進(jìn)水流量為1.5L/h，混合液回流比為300%，以及根據(jù)之前試驗(yàn)，確定HRT為10 h的條件下，考察氣水比為11∶1、13∶1、15∶1、17∶1、19∶1五種情況下對(duì)CODcr和氨氮(NH3-N)去除的影響.

2.2.1 GWR對(duì)CODcr去除的影響 GWR對(duì)CODcr去除影響情況如表5所示.根據(jù)表5可以得知，隨著氣水比的不斷提高，CODcr去除率是先上升后下降的趨勢(shì).當(dāng)GWR從11∶1到15∶1不斷增加的過程中，CODcr去除率呈不斷上升趨勢(shì).這主要是因?yàn)镚WR的增加提高了生物膜表面的氧的濃度梯度和傳質(zhì)效率，加速了生物氧化的過程，進(jìn)而增加CODcr被生物膜的吸附降解去除作用.但是當(dāng)GWR從15∶1到19∶1不斷增加的過程中，過高的GWR還加劇水流對(duì)填料上生物膜的沖刷，同時(shí)，過高的溶解氧也增加了生物膜自身的代謝作用，這兩方面都會(huì)加速微生物的老化，造成生物膜的脫落，進(jìn)而降低了微生物的活性與降解有機(jī)污染物的能力.當(dāng)GWR為15∶1-17∶1時(shí)，CODcr去除率達(dá)到最高90%以上，而且出水CODcr的濃度也在65 mg/L左右，達(dá)到了污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB8987-1996)的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn).

2.2.2 GWR對(duì)氨氮(NH3-N)去除的影響 不同GWR時(shí)氨氮(NH3-N)去除的效果如表6所示.

表5 GWR對(duì)CODcr去除的影響

Tab.5 GWR on the renoveal of CODcr

GWR原水CODcr濃度/mg·L-1出水CODcr濃度/mg·L-1CODcr平均去除率/%11∶1723.7135.331981.313∶1714.387.858987.715∶1743.262.428891.617∶1783.572.08290.819∶1721.882.285288.6

表6 GWR對(duì)氨氮(NH3-N)去除的影響

Tab.6 GWR on the removal of NH3-N

氣水比原水氨氮濃度/mg·L-1出水氨氮濃度/mg·L-1氨氮平均去除率/%11∶139.7322.7255642.813∶140.3519.0048552.915∶140.3711.5861971.317∶141.0212.2649870.119∶139.9713.0302267.4

根據(jù)表6可知，與CODcr的去除效果相比，氨氮(NH3-N)的去除率受GWR的影響會(huì)更加明顯[10]，這就說明溶解氧在硝化過程中是非常重要的因素.隨著GWR的不斷增加，氨氮(NH3-N)的去除率是先升高后平穩(wěn)再略有下降，GWR達(dá)到15∶1-17∶1時(shí)，氨氮(NH3-N)的去除率達(dá)到70%以上，且出水的濃度達(dá)到了12 mg/L左右，達(dá)到了污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB8987-1996)的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn).

3 結(jié)論

1)通過本試驗(yàn)的研究，我們可以看到缺氧/二級(jí)生物接觸氧化法對(duì)食品廢水處理的效果是非常顯著的，此時(shí)的出水，水體清澈、無異味，無懸浮物，而且水質(zhì)完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求，污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB8987-1996)的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，而且對(duì)CODcr去除率和氨氮(NH3-N)去除率也是比較高的.

2)試驗(yàn)結(jié)果表明該試驗(yàn)裝置運(yùn)行的最佳HRT為10 h，此時(shí)對(duì)CODcr平均去除率和氨氮(NH3-N)的平均去除率分別達(dá)到92.6%和69.5%，且出水的CODcr和氨氮(NH3-N)的濃度均達(dá)到污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB8987-1996)的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn).

3)試驗(yàn)結(jié)果表明該試驗(yàn)裝置運(yùn)行的最佳GWR范圍為15∶1與17∶1之間，我們最后確定15∶1，此時(shí)的CODcr和氨氮(NH3-N)的去除率分別達(dá)到91.6%和71.3%，且出水的CODcr和氨氮(NH3-N)的濃度均達(dá)到污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB8987-1996)的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn).

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