曝气生物滤池(BiologicalAeratedFilter,BAF)是国外从80年代开始研究推广,到90年代初期已基本成熟的一项新型水处理工艺.它集生物膜的强氧化降解能力和滤层的截留效能于一体,具有池容小、出水质量高、流程简单等优点,目前已经广泛应用于城市污水的处理、中水回用及微污染源水的预处理[1,2],已成为了一种经济、高效的污水二级、三级处理工艺.它可以去处SS、COD、BOD硝化、反硝化除磷等.由于在我国研究和应用时间不长,对BAF实际运行的经验总结目前还不够多,故而本文对上向流曝气生物滤池(UBAF)和下向流曝气生物滤池(DBAF)用于生活污水的处理的启动和挂膜特性做了研究,为工程运行提供一定的参考.
1 试验装置和方法
1.1 试验装置及流程
试验采用两个结构完全相同的试验滤柱(图1),一个按上向流运行(UBAF),一个采用下向流(DBAF).滤柱直径70mm,总高度为2500mm,采用国产轻质陶粒滤料,粒径3~5mm,填装高度为1500mm,其下的卵石承托层高度为200mm.滤料层以上淹没深度为300mm,超高为300mm,从滤料层顶部向下每隔350mm设置带取样阀的取样口,编号分别为1、2、3、4,可以取水样也可以取出陶粒滤料.在承托层底部设有有机玻璃穿孔板,孔板上均匀开孔,以保证反冲洗配水均匀.工艺与反冲洗曝气共用一套系统.对曝气生物滤池,曝气管设在承托层内,采用直径8mm的铜管,做成环状水平放置,其上斜下方45°方向交错开孔,孔径3mm.
1.2 试验水质
试验用生活污水取自徐州建筑职业技术学院校园某污水池,试验阶段平均气温17~23℃,pH为6.7~7.6,CODcr为320.18~376.23mgL,NH3-N为20.03~43.24mgL,试验中通过稀释或投加淀粉(或葡萄糖)及碳铵来减小或增大进水浓度.
1.3 分析方法和仪器
CODcr的测定采用重铬酸钾法;氨氮的测定采用纳氏试剂分光光度法,溶解氧采用HANAN便携式溶氧仪.
2 启动与挂膜试验
取用徐州污水处理厂曝气池的回流污泥进行接种.将3L活性污泥(絮状灰黑色)适当稀释后投加到两滤柱内,同时投加生活污水,浸没填料,进行闷曝.3天以后,通过观察孔看到滤料顶层和中间滤料孔隙中的灰黑色污泥颜色变成了浅土褐色.随后改用小流量循环方式运行,进水流量1.92Lh~3.0Lh,气水比采用
3∶1,两柱分别采用上向流和下向流方式,在每天早晚向污水箱投加一定量的新鲜污水.持续运行5天后,开始测定(03年10月11日)进、出水的COD、NH3-N以及溶解氧等值,同时对观察生物膜的生物相的生长变化情况,并记录每天的水温以及测试数据.运行到10月22日至12月28日两柱COD、NH3-N的去除率分别都达到70%,标志着挂膜成功.
3 结果与分析
从2003年10月2日开始挂膜到10月28日挂膜成功,前后总共26天时间.文献[3]介绍气温在20~25℃时10天完成挂膜.本试验整个挂膜时间比最初预计的时间(15天)要长,主要是因为经验不足以及对某些运行参数控制得不够理想.
影响挂膜的因素主要可以归为三类:微生物的性质、载体表面性质以及环境特性.在填料特性已经确定以及采用接种挂膜的情况下,对本实验主要是控制微生物的浓度和为微生物提供合适的环境条件,便于微生物附着生长.生物膜的早期形成依赖于悬浮微生物的浓度和其增长活性.增大悬浮微生物浓度有助于提高微生物与载体间的接触频率,而细菌活性较高时其分泌体外多聚糖的能力强.本实验中,闷曝阶段的添加的活性污泥量偏多,造成滤料的堵塞,后来对污泥进行的冲洗对培养生物膜产生了不好的影响,是造成挂膜时间增长的原因之一.所以在人工挂膜阶段,合理控制投加的活性污泥的浓度,对加快挂膜的进程有很重要的意义.
在挂膜试验阶段初期,进水COD浓度控制在较小的值,NH3-N的浓度也比较低,随时间的推移,逐步提高进水COD和NH3-N浓度,反应器内的溶解氧值应该保持在2.0mgL以上.从图2和图3可以看出,在微生物的培养过程中,不论上向流还是下向流,开始阶段的数据显示,COD的去除率较高,可以达到40%~50%,而氨氮的去除率较低.这主要是由于前面阶段的培养,好氧异氧微生物已经在滤料中开始生长,对污水中的有机物进行降解的结果,同时也有滤料对胶体态和大分子有机物的过滤作用.但是,随着时间的推移,COD的去除率的提高和氨氮的去除率的提高不是同步的,在上向流滤柱的COD去除率达到70%(10月22日)时,其氨氮的去除率才达到57%(10月23日);下向流的COD去除率达到70.98%时,氨氮的去除率才达到67.2%.可见,生物膜增长过程中,好氧异养菌的增殖速度要快,相比之下,硝化菌的增殖速度慢.研究报道,硝化细菌的比增长速率比异养型细菌的比增长速率要小一个数量级.对亚消化细菌和消化细菌而言,其最适宜的温度是30℃,温度的变化对硝化细菌的增殖速度和活性影响较大.文献表明及纯培养试验表明,温度为25℃时的硝化菌活性约为温度为15℃的3倍[5].在本实验中,水温一直在17~22℃之间,试验期间温度可能减缓了硝化细菌的增殖速度,所以在两柱COD的去除率在10月22日达到或接近70%,而氨氮的去除率却要比COD的去除率晚近6天时间才达到70%,可见单纯进行去除有机物的异养菌的培养,在温度为20℃左右时,15左右天可以完成挂膜任务.而硝化菌的培养时间要更长一些.