寧葦杭，陳志莉，楊 毅

(陸軍勤務學院 軍事設(shè)施系， 重慶 401311)

采用改性PVC填料的生物膜法污水處理實驗研究

寧葦杭，陳志莉，楊 毅

(陸軍勤務學院 軍事設(shè)施系， 重慶 401311)

采用單級生物接觸氧化池和PVC改性填料處理人工配置的原水，通過改變原水COD濃度、溫度、氣液比、進水流量，對填料的掛膜時間和工藝的運行效能進行分析，獲得較好的工況參數(shù)。結(jié)果表明：有機負荷和溫度均會對掛膜時間產(chǎn)生影響，原水濃度越高，掛膜完成時間越短；環(huán)境溫度為30 ℃左右時，掛膜時間較短；采用好氧生物接觸法對污水進行處理時，必須要有適量的溶解氧供給；對本研究所示的單級生物接觸氧化池，建議控制氣液比為10∶1。

單級生物接觸氧化池；PVC改性填料；工況參數(shù)

parameters

生活污水的肆意排放將對周邊水體及環(huán)境造成嚴重的傷害，威脅人民群眾的人身健康。在農(nóng)村及中小城鎮(zhèn)地區(qū)，由于污水排放量小、水質(zhì)不穩(wěn)定、地形復雜等原因，現(xiàn)行的分散式生活污水處理工藝難以大規(guī)模推廣應用[1]。生物接觸氧化法處理污水效能好，污水負荷高，且占地面積不大，運行操作管理容易，適用于中小城鎮(zhèn)的生活污水處理[2-3]。

填料是生物接觸氧化工藝的核心，不僅微生物的生長、繁殖與填料息息相關(guān)，裝置的處理效率也會受到填料的影響[4-5]。目前市面上的生物填料主要有聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯等高分子聚合物，該類填料親水性差、氧傳質(zhì)性能欠佳[6-7]。目前針對生物填料的改性已做了較多工作[8-9]，主要是在制備生物填料中引入親水基團，如在制備聚丙烯過程中混入水性高分子材料聚乙烯醇和聚丙烯酰胺，制造出具有親水性的塑料材料。也有學者研究發(fā)現(xiàn)弱磁場可大大提高廢水的生物降解效率[10]。

本文針對改性PVC生物填料，通過改變原水濃度、氣液比、進水流量、溫度，對工藝的運行效能進行分析，以期獲得較好的工況參數(shù)。

1 材料與方法

1.1 試驗用水

試驗原水是由人工配制而成的模擬生活污水。向放置1 d、體積為35 L的自來水中投加海藻糖、硫酸銨和磷酸二氫鉀(KH2PO4)分別作為碳源、氮源和磷源。用碳酸氫鈉(NaHCO3)來調(diào)節(jié) pH 值，使pH值在7.0 ～7.5之間。最后使試驗原水的BOD5濃度為667～1 000 mg/L，COD濃度約為1 410 mg/L。

1.2 填料與裝置

將聚乙烯醇、聚乙二醇辛基苯基醚、硬質(zhì)酸、聚丙烯酰胺、活性炭、磁粉、聚丙烯酸酯、PVC彈性體按照5∶3∶3∶1∶2∶5∶8∶73的體積分數(shù)混合均勻，再向其中加入經(jīng)分散潤滑劑潤濕的聚氯乙烯顆粒，使粉末狀的添加劑粘附在聚氯乙烯顆粒表面,然后將混合物投入到注塑機的進料漏斗中，利用模具擠出成形，最后利用充磁機對已成形的生物填料充磁，得到改性PVC填料，實物見圖1。

圖1 改性PVC填料實物圖

采用單級生物接觸氧化池進行試驗。該氧化池主要由池體、填料和進水布氣裝置等組成。池體為長1 m、寬1 m、高1.5 m的長方體，填料區(qū)高1 m，填料區(qū)容積為0.5 m3，采用上側(cè)進水、全池曝氣的形式。原污水經(jīng)預處理后進入接觸氧化池，出水經(jīng)過二沉池分離脫落的生物膜，實現(xiàn)泥水分離。

1.3 試驗方法

先向生物接觸氧化池中加入原水0.8 m3，曝氣1 d，再用顯微鏡觀察填料上微生物生長情況，采用稱重法測定生物膜量，并測定出水的COD濃度。以4 h為增量依次增加曝氣時間，直到出水水質(zhì)基本無變化為止，此時視為掛膜完成。當改性PVC波紋填料掛膜完成后，對COD濃度為 1 410 mg/L的原水進行處理，并測定出水的COD濃度。試驗當天利用空調(diào)將環(huán)境溫度穩(wěn)定在25 ℃。

2 試驗結(jié)果

2.1 有機負荷對掛膜時間的影響

有機負荷是生物處理系統(tǒng)重要的設(shè)計和運行參數(shù)，適合的有機負荷會極大地提高處理效果、降低處置費用，相反則不利于裝置的運行[11]。對于農(nóng)村和小城鎮(zhèn)地區(qū)來說，污水水質(zhì)隨時間變化較大，會對填料的掛膜時間產(chǎn)生影響，進而影響處理效能。為研究污水有機負荷對掛膜完成時間的影響，選取不同濃度的原水進行處理，測定出水的COD濃度，直到出水水質(zhì)基本無變化為止，此時視為掛膜完成，計算得到COD去除率。

表1給出了不同原水負荷下出水COD濃度及掛膜完成時間。由表1可知：有機負荷會顯著影響填料的掛膜時間，有機負荷越高，掛膜完成時間越短；出水COD濃度隨有機負荷升高呈增大趨勢，但COD去除率基本都穩(wěn)定在95%左右。

表1 有機負荷對掛膜時間的影響

2.2 溫度對掛膜時間的影響

溫度不但影響微生物的代謝活動，而且對污水中氧氣的轉(zhuǎn)移速度和固體物質(zhì)的沉降性能也有重要影響[12]。在廢水好氧微生物處理過程中，以中溫細菌為主，生長繁殖的最適溫度為20～37 ℃[13]。水溫低，微生物活性小，繁殖速度慢，對廢水中的有機物去除率不高。在一定的范圍內(nèi)，溫度升高，微生物生長繁殖會加快，但是過高的溫度會導致微生物死亡，反而會引起處理效果的下降。

表2給出了填料在不同溫度下掛膜完成的時間。由表2可知：溫度會對填料掛膜完成時間產(chǎn)生影響，當溫度位于20～30 ℃時，溫度越高，掛膜完成時間越短；當溫度位于30～35 ℃時，溫度越高，掛膜完成時間越長。因此，裝置運行溫度應該控制在30 ℃左右。

表2 溫度對掛膜時間的影響

2.3 氣液比對處理效能的影響

圖2為不同氣液比下COD去除率的柱狀圖。采用人工配置廢水作為進水，進水量固定在0.1 m3/h，通過調(diào)節(jié)進氣量得到不同的氣液比，然后測定出水的COD濃度。由圖2可知：當氣液比位于4∶1～10∶1時，氣液比越大，COD去除率越高；當氣液比大于10∶1時，繼續(xù)增加氣液比，COD去除率反而會降低。也就是說，在水質(zhì)水量固定的情況下，COD的去除率隨著氣液比的增大先升高再降低，在10∶1左右處達到峰值，氣液比應設(shè)置為10∶1。

圖2 不同氣液比時填料對廢水COD去除率的影響

對于好氧生物膜來說，必須有適量的溶解氧供給好氧微生物利用。當供氧不足，如氣液比為 4∶1時，好氧微生物的活性受到影響，新陳代謝能力降低，對溶解氧要求較低的微生物將會大量滋生繁殖，正常的生化反應過程將會受到抑制，處理效果下降。隨著水中溶解氧的增多，好氧微生物的活性逐漸增強，COD去除率升高。但供氧過多，微生物代謝活動過強，導致營養(yǎng)供應不足而使生物膜自身發(fā)生氧化，使處理效果降低。

2.4 水力負荷對處理效能的影響

水力負荷是決定反應器水力停留時間的重要參數(shù)，它影響污水與生物膜的接觸時間及反應器的處理能力[13-14]。當填料完成掛膜后，調(diào)節(jié)裝置的氣液比為10∶1，采用模擬廢水，進水口流量分別調(diào)節(jié)為0.05、0.08、0.10、0.13、0.15、0.18、0.20 m3/h，環(huán)境溫度穩(wěn)定在25 ℃。

表3為不同水力負荷條件下出水口的COD濃度。由表3可知：出水COD濃度隨著水力負荷的增加而增大。當水力負荷較低時，污水與生物膜有充分的接觸時間，微生物能充分降解污水中的各種污染物。水力負荷越高，污水的水力停留時間相對縮短，污染物可能還未被充分降解就已脫離生物膜，出水的COD濃度也相應較高。當水力負荷足夠大時，水力的沖刷作用會將填料上的生物膜減小，使出水的有機物含量升高。

表3 原水流量對排放口COD濃度的影響

3 結(jié)論

采用單級生物接觸氧化池進行不同原水濃度、氣液比、進水流量、溫度條件下的污水處理試驗，得到以下結(jié)論：

1) 有機負荷和溫度均會對改性PVC填料的掛膜時間產(chǎn)生影響，在環(huán)境溫度為25 ℃條件下，有機負荷越高，掛膜完成時間越短。不同環(huán)境溫度條件下的測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在環(huán)境溫度為30 ℃左右時，掛膜時間較短。

2) 氣液比試驗結(jié)果表明：采用好氧生物接觸法對污水進行處理時，必須要有適量的溶解氧供給，溶解氧不足，好氧微生物的活性低，處理效能低下；溶解氧過高，好氧微生物活性高，但往往營養(yǎng)供應不足導致微生物生長不良。采用本文所示的單級生物接觸氧化池，建議控制氣液比為10∶1。

3) 水力負荷試驗表明：PVC改性材料掛膜處理污水，其出水COD濃度隨著水力負荷的增大而增大，較低的水力負荷可以減少PVC生物膜的擾動，水力停留時間長，微生物能夠充分降解污水中的污染物；相反，當水力負荷較高時，水力停留時間較長，導致微生物無法充分分解污水中的污染物，同時，由于水流速度過快，生物膜本身可能會被沖刷，導致處理效果降低，出水COD濃度較高。

[1] 鐘永梅.農(nóng)村生活污水治理的現(xiàn)狀分析與對策研究——以浙江省安吉縣為例[D].浙江:浙江大學,2015.

[2] 姜瑞，于振波，李晶，等.生物接觸氧化法的研究現(xiàn)狀分析[J].環(huán)境科學與管理，2013，38(5):61-63.

[3] 趙賢慧.生物接觸氧化法及其研究進展[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2010，36(9):26-28.

[4] 汪艷霞.生物接觸氧化填料性能試驗研究[D].太原:太原理工大學,2004.

[5] 付麗霞，李瑞杰，李洪瑞，等.復合生物接觸氧化工藝處理農(nóng)村生活污水[J].內(nèi)江科技,2017(1):65-66.

[6] 張凡， 程江， 楊卓如，等.廢水處理用生物填料的研究進展[J].環(huán)境工程學報， 2004， 5(4):8-12.

[7] 汪曉軍， 羅芳旭， 何翠萍，等.親水性塑料彈性填料生物膜法處理模擬廢水的研究[J].環(huán)境工程學報， 2003， 4(4):31-34.

[8] 孫娜， 林波， 李風琴，等.水處理填料的研究進展[J].江西化工,2005(4):8-10.

[9] HüLYA YAVUZ，?ELEBI S S.A typical application of magnetic field inwastewater treatment with fluidized bed biofilm reactor[J].Chemical Engineering Communications， 2003,190(5-8):599-609.

[10] YAVUZ H， ?ELEBI S S.Effects of magnetic field on activity of activated sludge in wastewater treatment[J].Enzyme & Microbial Technology,2000,26(1):22-27.

[11] 吳娜娜，鄭璐，李亞峰，等.皮革廢水處理技術(shù)研究進展[J].水處理技術(shù),2017,43(1):1-5.

[12] 周成金.生物倍增工藝處理低碳氮比城市污水脫氮效能的研究[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學,2015.

[13] 高延耀，顧國維，周琪.水污染控制工程[M].3版.北京:高等教育出版社,2007:81-99.

[14] 海景，黃尚東，張凡，等.改性聚丙烯生物填料的制備與應用[J].化工環(huán)保,2006,26(4):333-336.

(責任編輯林 芳)

ExperimentalStudyonBiofilmSewageTreatmentwithModifiedPVCFiller

NING Weihang, CHEN Zhili, YANG Yi

(Department of Military Architecture & Planning & Environment Engineering, Logistic Engineering University, Chongqing 401311, China)

The single-stage biological contact oxidation tank and PVC modified filler were used to treat the sewage. By analyzing biofilm formation and operating efficacy by changing the sewage concentration, temperature, gas-liquid ratio, influent flow, and we finally get better working conditions parameters. Results shows that the sewage concentration and temperature have influence on the biofilm formation, and the higher sewage’s concentration is, the shorter biofilm formation is; biofilm formation is short when temperature is about 30 ℃. It is necessary to have an appropriate amount of gas-liquid ratio. When the aerobic biological contact method is used to treat the sewage. For the single-stage biological contact oxidation tank shown in this paper, it is recommended to control the gas-water ratio to 10∶1.

single-stage biological contact oxidation tank; PVC modified filler; working conditions

2017-07-19

全軍后勤科研項目(BY114C006)

寧葦杭(1986—)，男，碩士研究生，主要從事環(huán)境污染治理方面的研究，E-mail:m000mm@163.com。

寧葦杭，陳志莉，楊毅.采用改性PVC填料的生物膜法污水處理實驗研究[J].重慶理工大學學報(自然科學)，2017(11):135-138.

formatNING Weihang, CHEN Zhili, YANG Yi.Experimental Study on Biofilm Sewage Treatment with Modified PVC Filler[J].Journal of Chongqing University of Technology(Natural Science)，2017(11):135-138.

10.3969/j.issn.1674-8425(z).2017.11.020

X703

A

1674-8425(2017)11-0135-04