牛天新

（浙江省杭州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院,浙江 杭州 310024）

容積負(fù)荷對IAL-CHS反應(yīng)器運(yùn)行的影響

牛天新

（浙江省杭州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院,浙江 杭州 310024）

采用IAL-CHS反應(yīng)器處理受污染原水,研究負(fù)荷對反應(yīng)器各污染指標(biāo)去除的影響。結(jié)果表明,隨著水力負(fù)荷與氨氮容積負(fù)荷的逐漸增大,氨氮的去除率隨之逐漸減少,而氨氮的去除速率卻逐步增大,但增速逐漸減緩。反應(yīng)器運(yùn)行必須控制進(jìn)水容積負(fù)荷,氨氮容積負(fù)荷不能超過1.91 kg·m-3·d-1,水力負(fù)荷不能超過12.58 m3·m-2·d-1。氨氮的去除速率來表示氨氮的去除效果比用去除率表示更科學(xué),以氨氮容積負(fù)荷來衡量和設(shè)計(jì)生化反應(yīng)裝置比以水力負(fù)荷衡量更準(zhǔn)確。氨氮容積負(fù)荷與氨氮去除速率呈對數(shù)關(guān)系。有機(jī)物、總磷、濁度去除速率和去除率隨相應(yīng)容積負(fù)荷的增高而增高。

容積負(fù)荷；水力負(fù)荷；反應(yīng)器；生物膜

IAL-CHS反應(yīng)器采用生物膜法來去除污染物質(zhì),具有高效、快速降低富營養(yǎng)化水體中的氨氮等污染物質(zhì),出水水質(zhì)好,操作簡單、運(yùn)行方便等優(yōu)點(diǎn)［1］。使用這種新的生物反應(yīng)器處理污染地表水已經(jīng)有了一定研究進(jìn)展［2-5］。但對于系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性及其影響因素的研究較少,生物反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和計(jì)算通常采用水力負(fù)荷和有機(jī)負(fù)荷來進(jìn)行,用容積負(fù)荷來評(píng)價(jià)生化裝置的實(shí)際處理負(fù)荷及在相同條件下的操作管理的優(yōu)劣是比較簡便而直觀的［6］。

筆者在處理富營養(yǎng)的原水時(shí),研究了IAL-CHS反應(yīng)器容積負(fù)荷和水力負(fù)荷對反應(yīng)器各污染指標(biāo)處理效果的影響,以期為今后的設(shè)計(jì)、運(yùn)行、管理提供技術(shù)參數(shù)。

l 裝置與方法

1.1 裝置

供試IAL-CHS反應(yīng)器如圖1所示,生物反應(yīng)器總高度為450 mm,柱體直徑為100 mm,體積2 300 m L,分離區(qū)120 m L,反應(yīng)器內(nèi)蜂窩陶瓷載體高166 mm,直徑65 mm,進(jìn)水由水泵從反應(yīng)器底部進(jìn)入,反應(yīng)器下部中間曝氣,經(jīng)分離區(qū)沉淀后排出反應(yīng)器。

1.2 分析方法

水溫采用GB 13195-91水溫計(jì)法。氨氮采用GB 7479-87納氏試劑比色法,濁度用GB 13200-91分光光度法,總磷 （TP）用GB 11893-89鉬銻抗分光光度法,SP-2000型Spectrum可見分光光度計(jì)由上海光譜儀器有限公司出品。總有機(jī)碳（TOC）用GB 13193-91燃燒氧化非分散紅外吸收法,LiquiTOC由德國元素分析系統(tǒng)公司出品。COD（化學(xué)需氧量）用GB 11914-89重鉻酸鉀法。UV254（254 nm波長紫外光下吸光度）采用紫外分光法［7］,UV-2550型儀器由島津Shimadzu有限公司出品。

圖1 供試的IAL-CHS反應(yīng)器裝置

1.3 原水水質(zhì)

試驗(yàn)所處理的水為上海市漕河涇河水原水,為富營養(yǎng)化地表劣V類水體。原水水溫13～29.6℃,氨氮5.6～11.4 mg·L-1,COD 25.1～66.3 mg·L-1,濁度5.6～55.6 NTU（度）,TOC 11.78～22.02 mg·L-1,UV2540.22～0.42 cm-1, TP 0.66～1.11 mg·L-1。

1.4 處理方法

反應(yīng)器連續(xù)運(yùn)行,當(dāng)反應(yīng)器運(yùn)行穩(wěn)定時(shí),生物膜已是成熟的生物膜,在反應(yīng)器對氨氮的去除率達(dá)90%后,進(jìn)行負(fù)荷試驗(yàn),通過逐步提高停留時(shí)間（HRT）的方式,來提高反應(yīng)器的容積負(fù)荷。試驗(yàn)設(shè)HRT分別為3 h,2 h,1 h,30 min,50 min和40 min,每HRT處理穩(wěn)定運(yùn)行10 d以上。試驗(yàn)期間使溶解氧為4 mg·L-1,分別測定反應(yīng)器進(jìn)出水的氨氮濃度、COD濃度、TOC濃度、TP、濁度、UV254,并對運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析,探討反應(yīng)器的水力負(fù)荷與相應(yīng)污染物質(zhì)的容積負(fù)荷,分別與其去除率及去除速率之間的關(guān)系。

2 結(jié)果與分析

2.1 水力負(fù)荷與氨氮容積負(fù)荷的影響

由圖2-3可以看出,隨著水力負(fù)荷與氨氮容積負(fù)荷的逐漸增大,氨氮的去除率隨之逐漸減少,而氨氮的去除速率卻與之相反,逐步增大,但增速逐漸減緩。在溫度13～29.6℃,HRT為3 h,進(jìn)水氨氮濃度5.6～11.4 mg·L-1的條件下,氨氮容積負(fù)荷從最初的0.26 kg·m-3·d-1,氨氮去除速率為0.248 kg·m-3·d-1開始逐漸增加,當(dāng)氨氮容積負(fù)荷增大到1.65 kg·m-3·d-1時(shí),氨氮去除速率達(dá)到1.33 kg·m-3·d-1。當(dāng)再通過降低HRT增加氨氮容積負(fù)荷到最大值1.91 kg·m-3·d-1時(shí),氨氮去除速率仍可保持1.33 kg·m-3·d-1,之后隨著氨氮容積負(fù)荷的增大,氨氮去除速率逐漸減小。當(dāng)氨氮容積負(fù)荷達(dá)到2.54 kg·m-3·d-1時(shí),氨氮去除速率降低到1.21 kg·m-3·d-1。氨氮容積負(fù)荷 （X）與氨氮的去除速率 （Y）呈對數(shù)關(guān)系,其關(guān)系可用Y=0.500 9 ln X+0.855 8表示,相關(guān)系數(shù)0.91。氨氮去除速率與水力負(fù)荷和氨氮容積負(fù)荷的相關(guān)性比氨氮去除率與水力負(fù)荷和氨氮容積負(fù)荷相關(guān)性強(qiáng),所以用氨氮的去除速率來表示氨氮的去除效果更科學(xué)些。并且氨氮容積負(fù)荷與氨氮去除率和去除速率的相關(guān)性比水力負(fù)荷與氨氮去除率和去除速率的相關(guān)性更強(qiáng)一些。所以用氨氮容積負(fù)荷來衡量和設(shè)計(jì)生化反應(yīng)裝置較為準(zhǔn)確。氨氮水力負(fù)荷和容積負(fù)荷對氨氮的去除率影響較大。隨著水力負(fù)荷的增加,當(dāng)水力負(fù)荷達(dá)到7.838 m3·m-2·d-1時(shí),氨氮的去除率開始下降。當(dāng)水力負(fù)荷增到12.58 m3·m-2·d-1,氨氮去除率下降明顯,迅速低于60%。同樣隨著氨氮的容積負(fù)荷的增加,氨氮的去除率開始保持不變,然后緩慢下降,當(dāng)容積負(fù)荷增加到1.5 kg·m-3·d-1時(shí),氨氮去除率80%以上,當(dāng)容積負(fù)荷大于1.5 kg·m-3·d-1后,氨氮去除率下降明顯,所以為了維持較好的處理效果,必須控制進(jìn)水容積負(fù)荷。

圖2 水力負(fù)荷與氨氮去除率、去除速率的關(guān)系

圖3 氨氮容積負(fù)荷與氨氮去除率、去除速率的關(guān)系

2.2 有機(jī)物容積負(fù)荷的影響

有機(jī)物容積負(fù)荷通過測定進(jìn)出水的COD、TOC與UV254指標(biāo)來分析 （圖4-圖6）。

試驗(yàn)原水為天然地表水,水中有機(jī)物大部分成分為難降解的有機(jī)腐殖質(zhì)。由圖4可看出,COD濃度25.08～66.30 mg·L-1,COD容積負(fù)荷與COD去除率和去除速率關(guān)系比氨氮容積負(fù)荷的相關(guān)性弱,但也能看出,隨著COD容積負(fù)荷的逐漸增大,COD去除率及COD去除速率呈正相關(guān)的趨勢,與氨氮的情況一樣,COD去除速率與COD容積負(fù)荷比COD去除率與容積負(fù)荷的關(guān)系相關(guān)性強(qiáng)。

由TOC的負(fù)荷關(guān)系（圖5）可看出,同COD一樣,TOC去除速率與TOC容積負(fù)荷比TOC去除率與容積負(fù)荷的關(guān)系相關(guān)性強(qiáng)。TOC去除速率與容積負(fù)荷的相關(guān)性比COD去除速率與容積負(fù)荷相關(guān)性強(qiáng),相關(guān)系數(shù)達(dá)0.63,這是因?yàn)門OC比COD更能準(zhǔn)確地代表水體中有機(jī)污染物濃度。

圖4 COD容積負(fù)荷與COD去除率、去除速率的關(guān)系

圖5 TOC容積負(fù)荷與TOC去除率、去除速率的關(guān)系

同樣,UV254反映的并不是某一種有機(jī)物的濃度,而是多種 （甚至達(dá)幾百種）有機(jī)物的濃度之和,是一類有機(jī)物的共同含量,是所有具有紫外吸收性能的有機(jī)物成分總濃度的指示,可作為TOC、溶解性有機(jī)碳,以及三鹵甲烷 （THMs）的前驅(qū)物（THMFP）等指標(biāo)的替代參數(shù)［8］。由圖6可知,同其他有機(jī)污染物指標(biāo)一樣,UV254去除速率和去除率隨UV254的容積負(fù)荷的增高而增高。UV254的去除主要靠生物膜的吸附作用。3種有機(jī)污染物指標(biāo)是一致的,有機(jī)物去除速率和去除率隨有機(jī)物容積負(fù)荷的增高而增高,表明反應(yīng)器對有機(jī)物處理還是有些潛力的。

2.3 TP容積負(fù)荷的影響

由圖7可知,TP容積負(fù)荷與總磷去除率和去除速率關(guān)系與COD差不多,相關(guān)性較差,這與反應(yīng)器對TP的去除率較低分不開,TP去除率最高僅達(dá)到34.4%,趨勢為總磷的去除速率和去除率隨TP容積負(fù)荷的增高而增高。

圖7 TP容積負(fù)荷與TP去除率和去除速率的關(guān)系

2.4 濁度容積負(fù)荷的影響

由圖8可知,濁度去除速率和去除率隨濁度容積負(fù)荷的增高而增高,其去除率為10.7% ～80.8%。濁度主要通過接觸和微生物的絮凝作用來降低,其容積負(fù)荷的增大使其去除速率更高,去除率也會(huì)增高,可見反應(yīng)器在處理濁度方面,還是有相當(dāng)大潛力的。

圖8 濁度容積負(fù)荷與濁度去除率和去除速率的關(guān)系

3 小結(jié)

在IAL-CHS反應(yīng)器運(yùn)行研究過程中,設(shè)計(jì)負(fù)荷試驗(yàn)考查容積負(fù)荷和水力負(fù)荷對反應(yīng)器各污染指標(biāo)處理效果的影響,可為以后的設(shè)計(jì)、運(yùn)行、管理提供參數(shù)。

氨氮水力負(fù)荷和容積負(fù)荷對氨氮的去除率影響較大,隨著水力負(fù)荷與氨氮容積負(fù)荷的逐漸增大,氨氮的去除率隨之逐漸減少,而氨氮的去除速率卻與之相反,逐步增大,但增速逐漸減緩。在運(yùn)行過程中,為保持運(yùn)行效果,必須控制進(jìn)水容積負(fù)荷,氨氮容積負(fù)荷最好不要超過1.91 kg·m-3·d-1,水力負(fù)荷不要超過12.58 m3·m-2·d-1。

以氨氮的去除速率比以去除率來表示氨氮的去除效果更科學(xué),用氨氮容積負(fù)荷比用水力負(fù)荷來衡量和設(shè)計(jì)生化反應(yīng)裝置更準(zhǔn)確。氨氮容積負(fù)荷與氨氮去除速率呈對數(shù)關(guān)系,其關(guān)系可用Y=0.500 9 ln X+0.855 8表示。

隨著有機(jī)物容積負(fù)荷的逐漸增大,有機(jī)物容積負(fù)荷與有機(jī)物去除率和去除速率呈正相關(guān)的趨勢,以TOC和UV254表示的容積負(fù)荷與去除速率相關(guān)性更好。

總磷和濁度去除速率和去除率隨其容積負(fù)荷的增高而增高,IAL-CHS反應(yīng)器還有很大潛力。

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（責(zé)任編輯：吳益?zhèn)ィ?/p>

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：A

：0528-9017（2014）04-0578-03

文獻(xiàn)著錄格式：牛天新.容積負(fù)荷對IAL-CHS反應(yīng)器運(yùn)行的影響 ［J］.浙江農(nóng)業(yè)科學(xué),2014（4）：578-580,582.

2014-02-15

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目 （50678102）

牛天新 （1976-）,女,山東平邑人,工程師,碩士,研究方向?yàn)榄h(huán)境生物與水處理技術(shù)。E-mail：snail.li2@163.com。