摘要:在春季低温条件下,利用厌氧生物滤池、好氧生物炭滤池处理生活污水,比较两者的性能,探讨低成本处理生活污水的方法.结果表明,厌氧生物滤池停留时间为14h,COD的去除率可达83%;在滤速为0·4—1·2m·h-1范围内,好氧生物炭滤池的TOC去除率高于厌氧生物滤池,TN去除率低于厌氧生物滤池.
关键词:生活污水,厌氧生物滤池,好氧生物炭滤池
厌氧生物滤池和好氧生物炭滤池属于生物膜法的一种.厌氧生物滤池以填料做为厌氧微生物附着的载体,具有节能、易于建造、污泥产生量少和运行方便等优点,适合于小批量生活污水的处理,但厌氧滤池也存在诸如:系统运行不稳定、上流式滤床易堵塞,下流式滤床处理效率低等缺点.本文采用牡蛎贝壳代替传统的卵石、拉西环、波尔环等填料,并与高处理效率的好氧生物炭滤池联用,提高系统的稳定性.在春季低温(10℃—16℃)条件下,对二者进行细致的研究,探讨低成本处理生活污水的方法.
1实验部分
生活污水取自大连交通大学学生公寓排水口处,其水质如下:温度14—16℃,pH7·15—7·88,COD310—620mg·l-1.1TOC212·7—219·8mg·l-1,TN76·8—83·8mg·l-1厌氧生物滤池和好氧生物炭滤池均采用透明的有机玻璃柱加工.上流式厌氧生物滤池内径为150mm,柱高1·0m,内装高度0·7m的牡蛎贝壳填料,于高度0·8m处出水,顶端集气;上流式好氧生物炭滤池内径为200mm,柱高为0·6m,内装高度0·4m的颗粒活性炭填料,顶端溢流出水.原水储存于调节水箱内,由泵从厌氧生物滤池的底部打入,处理后由厌氧生物滤池的上端流出.
为分别研究两者性能, 将中间水池改为调节池, 将低浓度污水从调节池泵入好氧生物炭滤池, 处理水由滤池的上端溢流.
污泥取自春柳河污水处理厂的消化池和二沉池, 厌氧生物滤池采用投加活性污泥接种-间歇进水方式培养; 好氧生物炭滤池采用投加活性污泥接种-闷曝-连续流培养.
厌氧生物滤池接种污泥后, 以24h 为周期向厌氧滤池中加入较高浓度生活污水( COD 560) 600mg# l -1 ), 以利于污泥增殖, 连续运行25d后, 系统出水基本稳定, 挂膜完成.
好氧生物炭滤池加泥后, 闷曝24h, 静沉后更换掉其中1 /4的污水, 逐渐增加污水量, 6d后, 发现活性炭表面吸附黄色絮状污泥, 开始连续进水, 12d后出水水质已经基本稳定.
2 结果与讨论
2．1 停留时间对COD, 总氮和总有机碳去除效果的影响
进水COD 在560mg# l-1 ) 600mg# l-1条件下, 研究停留时间对COD去除效果的影响.。
由图1可以看出, 水力停留时间为8h, 厌氧生物滤池的COD 去除率可以达到74%, 停留时间为。14h, COD去除率可以达到83% , 但当水力停留时间从14h增加到16h, COD 去除率提高不显著. 在厌氧生物滤池的储气部分收集到的气体, 可以用明火点燃, 说明在此停留时间范围内, 厌氧滤池中的产酸菌和产甲烷菌梯度分布合理[ 1] , 且在各自的适应范围内保持较高的活性, 产甲烷过程进行顺利.
停留时间在8h到16h之间, 如图2所示, 厌氧生物滤池对TOC 的去除效果变化不大, 去除率保持在42% ) 50% , 但停留时间的增加对脱氮效果影响显著, 去除率由28%增加到45%. 原因可能是在适宜的水力停留时间, 反硝化细菌的大量繁殖所致.
含氮有机物在厌氧生物滤池内经过水解和产酸等反应过程, 有机物中的氮被转化成氨, 氨在厌氧条件下会积累, 可是氨在厌氧条件下不会发生氧化反应. 但进水中含有硝酸盐和亚硝酸盐时, 就会发生厌氧脱氮反应, 该过程由反硝化细菌完成. 其原理是有机氮或蛋白质转化成氨的过程, 而不是转化成硝酸盐, 脱氮过程中硝酸盐或亚硝酸盐转化成氮气或氮的其它氧化物[ 2] . 较高的TN 去除率间接说明生活污水中含有一定量的硝酸盐或亚硝酸盐.
2．2 滤速对COD、总氮和总有机碳去除效果的影响由图3和图4可知, 随着滤速的增加, COD, TOC 和TN 的去除率均有降低的趋势. 当滤速为114m# h-1时, COD的去除率大于66%. TOC 的去除效果不十分理想, 只能维持在30% 左右; 相比之下TN 的去除效果较好, 可以达到40%, 甚至可达50% . 说明虽然TOC 的去除效果不佳, 但有机物的含量与硝态氮的比值却十分合理, 可以支持反硝化细菌的代谢作用, 使脱氮反应较好的进行.。
2．3 水力负荷对COD处理效果的影响
水中溶解氧含量为3mg# l-1左右时, 进水COD小于360mg# l-1, 控制滤速在014) 112m# h-1的范围内, 好氧生物炭滤池的出水COD在50mg# l-1以下, 去除率可达到90% , 可以明显看出在水流速度不断增大时, COD去除率逐渐下降, 但是滤速在018m# h-1到112m# h-1时, 去除率变化缓慢(图5).好氧生物炭滤池系统中, 好氧系统中活性炭颗粒上的生物膜生长迅速. 由于采用上向流, 使得滤池底部进水浓度以及溶解氧量均较高, 微生物生长旺盛, 造成滤池底部生物膜较厚. 采用柱状颗粒活性炭增大了填料层中的空隙, 在与气泡剪切力的配合作用下, 加快了生物膜的更新速率, 未出现滤池堵塞现象. 也正是由于空隙率较大的缘故, 在流速较高时, 系统存在一定的/壁效应0, 部分影响了处理效果.
2．4 水力负荷对总氮和总有机碳去除效果的影响
由图6可以看出, 总氮和总有机碳的去除率随着过滤速度的增加而降低, 当过滤速度小于016m# h-1时, TN 的去除率超过30%. 与厌氧生物滤池相比, TN 去除效率低下. 原因是好氧生物炭滤池与厌氧生物滤池的作用机理不同. 好氧生物炭滤池中生物膜在其形成与成熟以后, 由于微生物的不断增殖, 生物膜的厚度不断增加, 在氧不能透过的里侧, 转变为厌氧状态[ 3] , 产生的厌氧菌群与好氧层保持稳定与平衡关系, 具有一定的脱氮功能.
3 小结
利用厌氧生物滤池和好气氧生物炭滤池处理生活污水, 在厌氧生物滤池停留时间为14h, COD 的去除率可达83%, 总有机碳和总氮的去除分别在45%和35%以上. 滤速在014m# h- 1 ) 112m# h-1的范围内, 好氧生物炭滤池的TOC去除率明显高于厌氧生物滤池, 但TN去除率明显低于厌氧生物滤池.（大连交通大学环境工程研究所）
