无纺布填料处理污水试验及机理

　　无纺布填料处理污水试验及机理金冬霞1，田刚1，施汉昌大学环境科学与工程系环境模拟与污染控制国家重点联合实验室，北京100084）不同容积负荷应采取不同的填料投配率：当COD容积负荷低于11 2kg / （ m d）时，取填料投配率为20 当d）之间时，取填料投配率为38 当COD d）以上时，取填料投配率为29 .模型结果表明，附着微生物降解有机物的规律可用Monod方程的形式描述。

　　态及水污染控制研究。

　　悬浮型填料的开发是当前国内外针对以往填料的不足，由生物流化床工艺引发而来的热点研究项目。此类填料比重接近于水，直接投加于池中，在曝气时悬浮于水中并全池均匀流化，使膜、液、气三相充分接触，有机污染物被快速降解[ 1 4].根据污水处理工程中对悬浮填料的要求，本研究选择了比重为0190 0191g/ cm重量为90g/ m的聚丙烯无纺布做成直径为11mm、高11mm的中空圆筒状填料，并对这种新型填料处理污水的适用条件和运行参数进行了试验研究及机理探讨。

　　1无纺布填料处理污水试验试验装置及试验参数试验反应器由有机玻璃筒制成，直径积为1714 L.试验装置如图1所示。

　　在本试验设计及实际运行时，曝气池容积负荷（包括水力停留时间及底物浓度）和填料投配率是影响系统处理污水效果的2个重要参环境科学数。现将试验运行条件及有关参数列于表1.

　　1. 2不同填料投配率对污水处理效果的影响比表面积投配率污水成分进进水量停留时间水温溶解氧糖水生活污水填料的多少直接关系着曝气池的生物膜量、处理效果、能源消耗及基建投资等。大量的研究认为[ 5 7]，填料的投配率应在10 40 .本试验曾在清水充氧试验中对不同填料投配率的充氧性能进行了研究，发现当填料投配率分别为20、30及40时其流化状态及充氧性能均较好，尤以30为*佳。因而在此基础上进行了上述填料投配率处理污水的性能试验，探讨在不同填料投配率情况下系统的处理效果。

　　处理水质按BOD的比例配制成不同浓度的糖水。

　　固定水力停留时间为12h，通过改变底物浓度来提高容积负荷，观察不同填料投配率在不同容积负荷情况下的有机物去除效果。图2是填料投配率分别为38、29及1915时的污水处理试验结果。

　　去除效果试验发现，填料投配率小水流流态好，但投配率太小则微生物量不够，处理效果较差如果投配率过大，曝气池内填料拥挤，不仅影响氧的传递和利用，而且影响系统的处理效果，所以填料的投配率也不易过大。

　　试验结果表明： 1当污水COD容积负荷d） ，取填料投配率为20左右为宜，因为它在达到同样出水水质的情况下均低于30mg/ L） ，可节省基建投资和能源消耗，经济上可行 o当污水COD容积d） ，而要求出水水质低于60mg/ L时，可选择填料投配率为38，因为填料上大量的微生物量可使COD处理率达95以上 ？当污水COD容积负荷d）以上时，应选取30左右填料投配率，因为此工况既能达到一定的处理去除率为80 90 ） ，又能节约基建投资和运行费用，投入产出比高。

　　无纺布填料处理生活污水的效果试验对无纺布填料处理北京市环境保护科学研究院的生活污水进行了考察，水温为27 e左右。

　　试验在填料投配率为29 （即比表面积为）情况下进行。采用连续式进水方式。

　　通过不断改变水力停留时间来增加容积负荷。

　　每一种状态维持2 3d.试验条件及结果列于（ 1）从表2可以看出，随着水力停留时间的缩短，容积负荷不断增加，若进水浓度保持不变，则容积负荷应在HRT为h时达到*大。

　　但由于生活污水进水浓度在不断变化，当HRT为2 h时，进水浓度恰好降低，故此时的容积负荷并未达到*大，而是在HRT为h时环境科学进水流量/Ld去除率/ 生物膜量/mg个出水水质均低于5排入地表水体及其汇水范围的水污染物排放标准6中新建单位二级排放标准（ COD排放标准分别为60mg/ L去除率分别达到出水水质基本低于新建单位三级排放标准（ COD排放标准分别为二级排放标准（ SS排放标准为50mg/ L） .

　　（ 3）从表2可以看出，生活污水NH N出水基本符合15 mg/ L的排放标准，其去除率达到50 70.因此可以认为只有延长水力停留时间，才能使出水氨氮浓度符合国家规定的排放标准。

　　悬浮微生物与附着微生物的作用本工艺虽为生物膜法，但由于悬浮填料在不断运动中经常有生物膜脱落，使得混合液中有大量悬浮微生物存在，因而在考察本试验中填料所起的作用时，不能排除悬浮微生物对处理效果的影响。为此进行了悬浮微生物与附着微生物生物降解能力的测定。

　　从反应器中取混合液3L，用离心机将悬浮微生物分离出来（生物量为 mg/ L） ，倒入同体积COD为175mg/ L的糖水中，连续曝气，其糖水COD的去除效果见表3.

　　从反应器中取出相应填料个数（比表面积） ，用清水轻轻淋洗至不含悬浮微生物，投入同样浓度的糖水中，连续曝气，其处理结果见表3.

　　时间/ h悬浮微生物附着微生物去除率/ 悬浮微生物附着微生物3期环境科学从表3可以看出，很短时间内（ 015h）附着微生物对有机物的去除率为28，比悬浮微生物（去除率为1618 ）高，这是因为生物膜上微生物量大且具有较强的吸附能力，从而能迅速降低有机物浓度而在1 2h期间，悬浮微生物对有机物的去除率略高，这是因为悬浮微生物具有较大的比表面积，能与污水充分接触，去除废水中大量的胶体状态的有机物曝气达3 4h时，填料的优越性充分显示出来，此时附着微生物比悬浮微生物具有更强的去除能力，附着微生物对有机物的去除达到97，而悬浮微生物去除率只达到8.

　　综上所述，在本试验中悬浮微生物虽然浓度不高，但在污水处理中与附着微生物共同承担了污染物的降解功能，起到了一定的作用。而悬浮填料在全池均匀流化，与污水接触时间长，所以填料在本工艺中仍起着主要作用。

　　2有机物降解机理的探讨机理悬浮活性污泥法的活性微生物的量相对比较稳定，一般占总生物量的017 018，波动不大，主要的影响因素是水质和污泥龄。而生物膜法活性微生物量的绝对值比较稳定，在一定时期内与生物的总量无关，决定性因素是水质和生物膜的生长阶段。在相同水质下，除了潜伏期和动力学指数增长期活性微生物量的变化比较大外，其余时期内变化均比较少。本试验表明在一定比表面积情况下随着进水浓度的不断增加，填料上生物膜量总量变化很小，基本在3g/ L左右，因此稳定系统下附着生长微生物的总量是基本不变的。

　　有机物从外界环境中扩散到微生物细胞内部的速率是影响有机物降解速率的重要因素。

　　悬浮生长的微生物细胞之间结合得比较疏散，对有机物的扩散过程影响比较小，而附着生长的微生物之间结合的紧密，对有机物的扩散过程影响比较大。 Liu等人认为[ 8]，生物膜反应基本在其表层进行，这是由于组成生物膜的活性物质大都集中在生物膜表层，即使底物有能力扩散到生物膜层内，由于非活性物质的存在，其所对应的生物膜也不能有效地进行生物化学反应，因而整个生物膜反应趋于表面反应机制。因此在本研究中，描述附着生长微生物降解有机物的速率用面积比体积更符合实际。

　　模型有机物降解的模型主要是描述有机物浓度与有机物降解速率之间的关系。由于生物膜的面积对有机物的降解规律影响比较大，因此本研究中悬浮填料生物膜的降解速率用单位面积表示式中： q为降解速率[ g/ （ m为进水COD在下面讨论过程中进行如下假设： 1在比表面积相同的情况下，单位体积内微生物的总量不变。 o反应器内，不同位置的膜，沿膜厚方向微生物的疏密分布状况基本相同。

　　时的悬浮填料在处理人工配制糖水时，其生物膜降解速率与系统中有机物浓度的关系。

　　从图3可以看出，有机物浓度与降解速率的关系与Monod方程的曲线比较相似，因此可以用M onod方程的形式描述降解速率与有机物浓度的关系L为*大降解速率[ g/ （ m把公式变成如下形式后， 1/ S与1/ q成线性关系，用线性回归求解常数，见图4.

　　环境科学当比表面积为120m结果讨论（ 1）从图4及图5可以看出，线性回归的平方差都达到了0185以上，说明1/ q1/ S之间的线性关系较好，因此本研究的悬浮填料生物膜降解有机物的速率与有机物浓度之间的关系可用公式描述： q=（ 2）模型的结果表明，附着生长的微生物降解有机物的规律可以用Monod方程的形式进行描述，说明研究生物膜的生长规律时可以借用描述悬浮生长微生物的公式概念，但需要进行一定的修正。

　　（ 3）不同的比表面积对生物膜降解有机物的速率有较大的影响。当比表面积为156 m时，*大降解速率为0194g/ （ m h） 而比表面积为120 m时，*大降解速率仅为01 7 h） ，但K值却增加不少。因此，对悬浮填料生物膜法来说，比表面积越大越有利于有机物的降解。

　　3结论（ 1）综合不同填料投配率在不同有机物容积负荷条件下的污水处理效果得出：当COD容积负荷低于kg/ （ m d）时，取填料投配率d）时，取填料投配率为38 当COD容d）以上时，取填料投配率（ 2）悬浮微生物与附着微生物共同承担了污染物的降解功能，但由于附着微生物的总量大于悬浮微生物，因而填料在本工艺中仍起着主要作用。

　　（3）附着微生物降解有机物的规律可用M onod方程的形式进行描述。

　　刘翔，高廷耀。生物接触氧化法处理污水的一种新型填料刘雨，赵庆良，郑兴灿。生物膜法污水处理技术。北京：中国建筑工业出版社， 2000. 34 48.

　　顾夏声。废水生物处理数学模式。北京：清华大学出版社，3期环境科学

(完)