MBBR技术去碳脱氮性能胡龙兴

第二届全国环境化学学术报告会论文集MBBR技术去碳脱氮性能胡龙兴`,赵江冰’,陆永生’,BAuDuMlehel,1.上海大学环境与化学工程学院,上海,2000722.法国里摩日大学水处理实验室,里摩日,法国摘要:通过采用专门设计的MBBR处理模拟城市污水的实验研究,考察了OCcDr和NH3一N容积负荷率等对反应器性能的影响。实验结果表明:当COD。「容积负荷率在1一7kg/m,·d时,OCcD「去除率高达90%;当有机负荷低、NH厂N容积负荷在0.15一0.20kg/m,·d时,NH3一N和NT的去除率分别达到80%和50%;有机负荷率提高,系统硝化能力降低,而反峭化能力增强;在单级好氧MBBR中脱氮的主要途径是峭化反稍化。关键词:废水处理,有机物,氛氮,移动床生物膜反应器O前言移动床生物膜反应器(MovingBedBiofilmReaetor,MBBR)是20世纪80年代后期出现的一种新型生物膜反应器。近几年来,国内外有人应用MBBR进行废水处理的实验研究,取得了一些成果〔工一们。本文通过采用专门设计的MBBR处理模拟城市污水的实验研究,考察了COcDr和NH3一N容积负荷率等对反应器性能的影响。1实验材料与方法1.1废水水质实验所用的废水为模拟城市污水,配水成分为:奶粉、蔗糖、氯化钱、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾和碳酸氢钠,水质为CODef:175一550mg几,BoDS:75一300mgL/,pH:6~8,NH3一N:17一62毗几,碱度(以CaCO:计):450一650mg几。1.2分析方法pH、CoDer、NH3一N、NoZ一N、No3一N、vss、no均采用有关标准分析方法测定[,]。生物相通过生物显微镜观察。1.3实验装置MBBR系统如图1所示,反应器的材质为有机玻璃,主体外形为圆桶形,底部呈圆锥形,高70cm、直径30em,总有效容积为38L,填料填充率为40%,采用穿孔管曝气方式。1.4悬浮填料填料是一种以聚丙烯为主要材料的制品,空心球状,内有多叶瓣翼片。其技术参数为:直径为50mm,比表面积为350一360mZm/3,空隙率为90%,成品重量为80一90吨/m3。1.5系统启动与挂膜。。蒸蒸⑧...岩岩甲从从攒攒⑧⑧澳澳澳l、进水池2、压缩空气3、曝气器4、排浪管斤、空气转子流母计6、排7k口图1MBBR系统小试装置示意图采用“排泥法”挂膜。经过1周的培养,在填料表面生长出一层薄薄的黄色生物膜。3Od后生物膜呈黄褐色,此时也获得了较为稳定的出水水质,标志着生物膜己生长成熟。2实验结果与讨论2.1有机物的去除2.1.1容积负荷对CODC:去除率的影响除特别说明,实验在进水pH值为6一8、水温为18一25口和DO为3一7m叭的情况下进行。本文提到的容积负荷是指投配负荷,负荷中涉及的体积是指反应器的有效容积。实验考察了逐步提高的容积负荷对CODCr去除率的影响,结果见图2。4一23第二届全国环境化学学术报告会论文集``特~泛、、né0óUn一OCùRn6dC乙ǎ巴铃当术省00ǎ次)辞渔术占820406080100eocDr容积负荷k(g/3m·d)时间(h)图2容积负荷对COCDr去除率的影响图3冲击负荷对COCDr去除率的影响由图2可知,当CODCr容积负荷在1一7kgzm3d时,eODer去除率稳定在90%左右。此后,随着CODCr容积负荷的提高,CODCr去除率缓慢下降。在CODCr容积负荷率为1k5glm3·d时,CoDcr的去除率仍在80%以上,表明系统对有机物有良好的去除效果。2.1.2冲击负荷对COOCr去除率的影响’当系统稳定运行在CoDCr容积负荷为k7g/m3么HRT为12h时,将CODcr容积负荷分别提高到orkgm/3d和1skg/m3d,运行1h2后开始监测coDc:去除率的变化,以考察系统的抗冲击负荷能力。两种负荷下CODCr去除率随时间的变化关系见图3。当CoDCr容积负荷提高到1k0g/m3d后,CODCr去除率能稳定在88%左右。CoDCr容积负荷提高到15kgm/3d后,coDcr去除率先出现较明显的下降,到运行6h0时降至74%,随后又缓慢回升。这是由于系统在承载了更大的有机负荷后,微生物发生生理适应性调整,对有机物的降解能力提高。由此可见,MBBR具有良好的抗冲击负荷性能。2.22.2NH厂N的去除NH3一N容积负荷对氮去除率的影响实验考察了NH3一N容积负荷对NH3一N和TN的去除率的影响,结果如图4和5所示。今34mg/L应16mg/L今34川盯L盛16扣g/L,沙~翻`八Unnn甘64弓`次\锌菠术昌娜、并渔术不n乏战呀容积贫黔(k沁姚J.501.001.50阳3一N容积负荷(kg/淤d)图4NH3一N容积负荷对NH3一去除率的影响图5NH3一N容积负荷对NT去除率的影响由图4和5可知:NH3一N和TN的去除率随着NH3一N容积负荷的增加而减小。NH3一N容积负荷在Q.巧一.020kg/m3d时,NH3一N和TN的去除率都比较高,分别达到80%和50%左右。当NH3一N的容积负荷大于.050kg/m3d时,NH3一N和NT的去除率大幅度下降,去除率低至仅30%左右。2.2.2进水NH3一浓度对氮去除率的影响实验中观察到,随着进水NH3一N浓度的提高(相应地CODCr容积负荷从1.%上升到5.63kg/m3d),NH3一N的去除率下降,TN的去除率变化不大,见图6。这是因为NH3一N浓度上升实际上是提高了NH3一N容积负荷,并且伴随着有机负荷的提高,使系统的硝化能力下降,而反硝化能力增强,使处理水中Nox一N含量降低。在进水N’H3一N浓度高达48mg几时,NH3一N和TN的去除率都接近40%,显示了系统较强的脱氮能力。4一24第二届全国环境化学学术报告会论文集-刊卜-氨氮去除率-刁卜-总氮去除率一刊卜一氨氮去除率-刁卜-总氮去除率nénU0CUUnC八曰n6ù6月拜勺乙岁再淡邢z·苏zn六Uné一日nénn00`以刁片内Z次、哥淡邢D1020304050600.002.004.006.008.00进水嗽一毗度l吧一’有机负荷(kgm/3.d)图6进水NH3入浓度对氮去除率的影响图7有机负荷对氮去除率的影响2.2.3有机负荷对氮去除率的影响实验研究了NH3一N容积负荷为0.35kgm/3d、CODCr容积负荷在l一skg/m3d范围内,有机负荷的提高对氮去除率的影响,结果见图7。由图7可见,在CODCr负荷为1.gkg/m3d时,NH3一N和TN的去除率分别达到80%和50%。当eoDer负荷为7.skg/m3d时,NH3一N和TN的去除率都接近40%。随着负荷的增加,NH3一N的去除率下降,TN的去除率变化不大,说明负荷的提高、可降解有机物的增加引起了异养菌与自养菌的竞争,导致系统硝化能力降低,反硝化能力增强。2.3污泥产率和氮平衡的计算2.3.1污泥产率的计算在进水水质基本不变的条件下,通过改变HRI,来改变CODCr容积负荷,测得了不同负荷下的污泥产率,结果见表1。表1污泥产率的计算COner容积负荷(kg/时·d)CODerVSS进水(mg·-lL)出水(mg·L)I去除率(%)滞留-lL)(vss角lg.L,)污泥产率(gVSSg/CODer)8:4.91010l门、ù0O少0202.494.757.0830.7422.3835.02出水(VSShng·10.714.625.80.060.080.12由表1可知,污泥产率随CODCr容积负荷的增加而增加,但是CODCr容积负荷增加到7.08kg/m3d时,污泥产率仅为O.12gVSS/gCODCr,同时CODCr去除率仍保持在90%,表明MBRR产泥量少的优点。2.3.2脱氮途径及氮平衡的计算由所用模拟城市污水的组分可知,污水中所含有机氮甚微,可认为进水中的NH3一N含量即为TN含量。污水处理后,NH3一N、NO3一N、NOZ一N的总和即为TN。生物膜中的氮含量按生物膜干重的10%估算。根据进出水中各种氮的浓度和排泥量对系统进行氮平衡计算,结果见表2。表2总氮物料平衡的计算NH3一N容积负荷(对时·d)氮含量(mg’L一’)氮去除量(mg’L一,)进水出水TN去除排泥NH3一NTNNH3一NNox一N石肖化反石肖化排泥/总氮去除(%)0.2332.3332336.259.6315.8816.452.0514.40120.4129.0229.0212.026.6218石210402507月0240.7536.28362822411.10235112.773.659.1229由表2可知,,随NH3一N容积负荷增加,同化作用去除的氮量在总去除氮量中的比重也增加。在NH3一N容积负荷高达.075kg/m3d时,硝化反硝化去除的氮量仍占总去除氮量的4一25第二届全国环境化学学术报告会论文集71%,表明MBBR具有较强的生物脱氮能力,氮的去除主要是通过硝化反硝化途径完成的。2.4生物相的检测和分析MBBR中微生物相由附着生长在填料上的生物膜与混合液中的活性污泥组成。经镜检,填料上的生物相非常丰富,从细菌,真菌,原生动物中的肉足纲、鞭毛纲和纤毛纲到后生动物中的线虫、轮虫,构成一个完整的生物体系。生物膜中的生物量大。但活性污泥中的生物量相对较少,主要由丝状菌、细菌和藻类组成,还包括少量的原生动物和后生动物。3结论①MBBR处理模拟城市污水具有良好的效果。当进水coDcr负荷为1一7kg/m3d时,CODrC去除率高达90%。当有机负荷低、NH3一N容积负荷在0.巧一.020kg/m3d时,NH3一N和TN去除率可分别达到80%和50%左右。MBBR具有较好的抗冲击负荷性能。②在CoDCr容积负荷为7.05kg/m3d时,污泥产率仅为0.12gvss/geonCr,同时CODrC去除率仍保持在90%。在单级好氧MBBR中脱氮的主要途径是硝化反硝化,在NH3一N容积负荷高达.075kg/m3·d时,硝化反硝化去除的氮量仍占TN去除量的71%。③MBBR中微生物由填料上的生物膜与混合液中的活性污泥组成,但前者对污水净化起主要作用。参考文献[l]Rusten,B.,Hellstr6m,B.G.,Hells的m,.F,etal.PiloteTstingandPreli而naryDesignofMovingBedBioiflmReaetorsofrNiotrgenR溯ovalathteFREVARV人lstewaterTreatmentPlant[J].Wat.Sei.&eTeh.,2000,41(4一5):13一20.〔2]Jahren,SJ.,凡ntala,J人.,必degaard,,H.AeorbicMovingBedBioiflmReaeotrTl℃atingThermomeehaniealPulPingWhitewaterunderThermoPhilieConditions[J].W自terReseareh,2002,36:1067一1075.3[]国家环保局《水和水质检测分析方法》编委会.水和水质监测分析方法(第3版)[M].北京:中国环境科学出版社,1994.ThePerformanceofRemovingorganicCarbonandNitorgenwithMBBReTchnologyHuLongxingl,hZaoJiangbingl,LuoYngshengl,BauduMiehel艺1.SchoolofEnvironmentalandChe而ealEngineering,ShanghiaUniversity,Shanghai,200072:2.LSEE,FacultyofSeienees,UniversityofLimoges,FranceAbstarct:hTeexPiermentalstudyonthesimulatedmunieiPalwastewaterteratmentwihthtesPeeiallydesignedMBBRwaseamedouttoexa而netheeffeetsofCODC