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      详细内容

      酶促填料与某些多孔填料挂膜特性对比试验研究

      酶促填料与某些多孔填料
      挂膜特性对比试验研究
       
      龙腾锐郭劲松成一知
       
      提要     对酶促填料、陶粒和高炉渣!种多孔填料的小型动态对比试验研究表明:酶促填料比陶
      粒和高炉渣挂膜迅速、微生物生长快、附着生物量大;且具有有利于结构致密的菌胶团及絮凝性能良
      好的微生物生长的特性,是一种理想的水处理生物载体填料。
      关键词      酶促填料      多孔填料      挂膜特性
       
      前言
      在废水及微污染水的处理工艺中,生物膜法是
      一种高效处理工艺。填料作为该工艺的核心部分,
      其性能直接影响和制约着工艺的处理效率。较好的
      生物学特性是填料作为生物膜反应器内微生物载体
      所应具备的主要性能&。
      本试验选取酶促生物填料、炼钢废弃物———
      炉渣以及普通陶粒!种多孔填料,以重庆市渝北区
      城南污水厂的城市污水为试验污水,进行了常温下
      的缺氧挂膜试验,比较了酶促填料与其它两种多孔
      填料的挂膜特性。

      试验材料与方法
      试验装置
      试验滤柱由有机玻璃制成,其内径为&%%)),

       
       
       
      填料名称有效孔

       
       
       
      有效

      &   试验装置流程
      #     填料物理特性
      松散 促进剂氦密度        空隙率

       
       
       
      平均 每克填

      填料层厚#%%)),总有效容积为*(+#,。共设置!

      表面积孔容

      容重

      含量/), 0

      粒径 料所含

      组相同的装置,分别装填陶粒(!")、某钢铁公司的
      工业废弃物———高炉渣(#")及酶促填料($")。

      陶粒

      )/),/ /), &//

      1)

      颗粒数

      以上三种填料粒径均为-%&%))。试验滤柱各部
      分主要尺寸见表&,试验流程如图&所示。
      "    试验装置主要参数

      !" %(&%’*%(%*!’%(.#"
      高炉渣
      #"%(%&+!%(%-!#&(&+*
      酶促填料

       

      ’(!%% +&(+%(!!*       +
       
      !(&.. +#(*%(!!!          !

           
      配水区
      填料层
      沉淀区
      保护高度
      总计

      高度/))
      ’%%
      #%%
      &-%
      -%
      &%%%

      有效容积/,
      &(-*
      +(*&
      &(&.
       
      *(+#

      $" %(&.#&%(&.#&%(#-!’-      ’(+.* ++(#%(!!"         -
      物处理中厌氧微生物的大小一般为%(-%&2%&),为
      有利于**在填料表面的附着生长,填料表面的微
      孔尺寸应当在保证**自由出入的同时,还留有供
      细胞与基质之间扩散和交换的空间。因此本文所

      &(’      填料基本物理特性
      !种填料的物理特性如表所示。废水厌氧生
       
      !国家九五科技攻关子专题资助项目("#$"%"$%&%’$%&)部分内
      容。
      统计的填料有效孔表面积和有效孔容均为***小
      尺寸倍以上(即"&%&))的微孔所对应的部分填
      料总孔表面积和总孔容。
      &(!      污水水质

      !!        给水排水 "#$%!& ’#%( !)))


       
       
      挂膜初期(!!!"#)采用重庆市城南污水厂初沉
      池出水与化粪池污水混合液($"污水),挂膜后期
      !%!&%#)的试验污水采用初沉池出水("污水),
      两种污水的水质指标见表(。试验阶段进水)*+
      变化见图&。
      !     试验污水水质

       
       
       
       
      接种污泥分成(等份,每份加入$"污水并配成混合
      液浸没反应器中的填料,静态接触&"A后连续进水,
      连续运行"5A后将悬浮污泥排出,镜检发现#"
      料表面已出现生物膜附着特征。启动初期采用$"
      污水,运行!6#后逐步降低进水 )*+ 浓度,*终采
      "水。再!%# )*+

      指标     )*+),
      -./

      00
      -./

      12(31
      -./

      1*!331
      -./

      碱度
      -./

      42

      %6B,同时对填料进行微生物镜检,发现酶促填料表
      面已形成较为稳定的生物膜,说明填料已挂膜成功,

      $"污水5(&!!6%7(7"!%!!"789!%78(         —     &9:!"!%786!78"
      "污水       !:%!&"% 79!&6:&"8:!((8%58%!!&8%&(9!"&7:85!78&

      而陶粒和高炉渣分别还需运行&"#(6#才完成挂
      膜过程。
      !      试验结果与分析
      (8!       试验结果
      试验测试结果列于表%,填料的挂膜情况见图
      (,表:及图 " 反映了挂膜率沿填料高度的变化情
      况,试验结束时对(种填料进行了电镜扫描观测,陶
      粒和酶促填料生物膜照片见图%,试验期间滤柱的
      各项管理指标见表7。
      $试验测试结果

      &   试验期间进水 )*+变化

      编号 )*+去除率   平均1*(331 开始挂膜时间

      *大挂膜率

      膜厚

      !8"      接种污泥

      B

      去除率/B

      #

      .00.填料

      $-

      城南污水厂活性污泥处理系统的间歇曝气池有
      良好的有机物去除效率和脱氮效果,兼氧菌活性高、
      繁殖较为迅速,在重力浓缩池的缺氧环境中厌氧与
      兼氧微生物得到进一步增长,用这种污泥接种可为
      缺氧状态下的快速驯化挂膜打下良好的基础。因
      此,本试验采用城南污水厂重力浓缩池中的污泥作
      为反应器接种污泥。污泥浓度!%8!7./,;0000
      68%&,每组装置的接种污泥量约为!896/。
      !8%      测试项目及方法(
      测试项目及方法列于表"。
      "    测试项目及方法
      项目        测定方法       频率     项目            测定方法         频率

      %"&%8(!::8!             %"8:
      &"&68!!(78&           (%85
      #"&78:!7%8"            :"8%

      %
      %
      (

      686"%&   7785
      686&5(    :%8(
      6867:(      !6:8"

      )*+   美国 2$)2测试仪 !次/#               生物相              光学显微镜镜检(次/<</span>
      +*       =0>型溶氧仪 !次/#   碱度         中和滴定法           !次/#
      ?/00            标准重量法        &次/< 1*(331                    戴氏合金法          !次/<</span>

       
       
      填料号

      (   填料挂膜情况
      %不同填料高度的挂膜率
      填料高度/--
      6            !%6          (66

       
       
      :66

      ?/;00             灼烧减量法&次/< 12(31                          纳氏试剂比色法&次/<</span>

      %"

      686"(%    686((!      686&79    686!6:

      42

      42

      !次/#   温度   *小刻度68!@温度计!次/#

      &"

      686&77   686&&%        686!%:     6866:&

      注:<</span>为周。
      #     试验过程

      #"
      注:单位为.00.填料。

      6867""     686:9&     686%96   686&&(

      本试验采用快速排泥法"挂膜。将驯化好的
       

      (8&     试验结果分析

      !!"、#"                                 
       
       
       

       
      阶段

      指标

      时段
      !

      "#$
      %

      有机负荷
      &’()*/(+,!

      -"

      (.(),碱度
      +’/

      挥发酸
      +’/

      溶解氧
      +’/

      水温
      0

      挂膜静置期
       
      挂膜流动期

      1!,
      2!13
      11!45
      15!23

      673
       
      873

      4953!,93:
      39;4!49:4
      39;3!39:6

      ;93!;92
      ;93!;9,
      896!;95
      898!;94

      ,38!24,
      4:8!256
      455!241
      4,:!24:

      ;2!:8
      54!1,,
      46!61
      ,1!68

       
      391!39

      1:!45
       
      1:!4;
      4,!,1

      注:由于高炉渣的成份中以 (.)为主的金属氧化物占,3<</span>以上,因而在试验过程中使"#滤柱内-"太高(*高时-"值达到:75以上)。
      影响微生物附着的关键因素。
      ,747171         孔表面积对填料挂膜的影响
      填料丰富的内表面为微生物提供了附着的场所
      和相对稳定的内部空间。因此,填料的孔表面积是
      影响填料挂膜和滤柱启动的重要因素8。由表4
      知,酶促填料($#)的有效孔表面积是陶粒(%#)的
      1763倍,是高炉渣("#)的 1,73倍,从而使酶促填
      料具有明显优于另外两种多孔填料的微生物附着特

      2    微生物量随反应器高度的分布情况
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
      5   填料生物膜照片
      ,7471 ,种填料的挂膜特性分析
      微生物在填料表面的附着受填料表面特性、微
      生物特性及周围环境等诸多因素的影响,良好的挂
      膜特性是废水生物处理填料应具有的重要性能5。
      填料的孔表面积、表面粗糙度、生物生长促进剂等是
       

      性。
      1)酶快。
      $#填料表面于试验开始第,!挂膜,第45!生物膜
      厚度便已达到*大值;而%#、"# 填料到第5!镜检
      时才出现生物膜附着特征,且生物膜达到*大厚度
      的时间比$# 填料分别长:!15!。
      4)酶促填料表面微生物生长状况比另外两种
      多孔填料好。从表,所示,组滤柱对有机物的去除
      效果来看,挂膜期内$#滤柱的*大 ()*去除率比
      同一%# :75<</span>,比"#
      4:71<</span>;另外,$#滤柱还有着明显优于另外两组滤
      柱的脱氮能力。挂膜期间,$#滤柱的=),>>=
      除率分别比%#、"#滤柱的高:7:<</span>467;<</span>。
      ,)酶促填料表面生物膜厚度比陶粒和高炉渣
      大。根据表 5所示试验结果,$#填料上的*大生
      物膜厚度分别为%#"# 填料的17,; 倍及178,
      倍。
      ,747174        表面粗糙度对填料挂膜的影响
      微生物本身具有非常大的孔表面积,容易受到
      来自界面之间的相互作用。载体的表面粗糙度越
      大,对微生物的捕捉能力也就越强;,所以填料的表
      面粗糙度是形成初期生物膜的主要影响因素。图8
      为陶粒和酶促填料净表面的电镜照片。
      从图8电镜观测结果可以看出,酶促填料表面



       
       
      孔隙发育比普通陶粒好,具有更大的表面粗糙度。
      !" 滤柱中,由于表面粗糙度较大的酶促填料对
      水流具有更强的重分布能力,使滤柱内水流对生物
      膜的剪切力减小,同时也为微生物与基质之间的混
      合和接触创造了有利的内环境,促进了生物膜在填
      料表面的积累。根据表!及图"显示的试验结果,
      !"滤柱上部填料的挂膜率分别为#"、$"滤柱的
      #$%&倍及’$!&倍。其底部填料的挂膜率为 #"
      柱的%$(% 倍,是$" 滤柱的#$!) 倍。上述试验结
      果充分体现了酶促填料优于另两种多孔填料的微生
      物附着性能。
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
      !     填料净表面照片
      ’$#$#      不同填料表面的生物膜性状
      挂膜试验结束时观测到,陶粒表面的生物膜为
      黑色;高炉渣表面的生物膜较为稀薄,呈灰黑色;酶
      促填料表面的生物膜呈棕黑色绒状。对种填料进
      行的电镜扫描观察结果显示:种填料上均以球菌、
      杆菌等为优势菌种。陶粒上的生物膜较酶促填料
      薄,菌胶团大而稀薄,观测过程中偶尔可见到裸露的
      陶粒表面;高炉渣上附着的生物膜更为稀薄,独立的
      菌胶团遍布其表面;酶促填料表面完全被生物膜所
      覆盖,生物膜结构致密,以菌胶团为主,这种结构不
       

       
       
      仅对微生物自身具有保护作用,而且能增强生物膜
      对水中有机物的吸附氧化性能;微生物中以单球菌、
      杆菌为优势菌种,填料间隙的微生物也以上述菌群
      为主,这类微生物种群具有良好的絮凝性,提高了反
      应器持留生物固体的能力,从而为高负荷处理低浓
      度有机废水提供了优越的生化反应条件。
      !      结论
      %)在常温下以城市污水为试验污水,对陶粒、
      高炉渣和酶促填料的缺氧挂膜对比试验研究表明:
      酶促填料因其较大的有效孔表面积和表面粗糙度,
      有着比陶粒和高炉渣更为良好的挂膜特性。酶促填
      料表面在试验开始后第 ’*出现生物膜附着特征,
      #+*完成挂膜,挂膜成功的时间比陶粒快)*,比高炉
      渣快%+*;其*大生物膜厚度分别为陶粒、高炉渣的
      %$’(倍和%$!’ 倍,因而在相应填料层高度上的微
      生物浓度较高。
      #)酶促填料有利于以球菌、杆菌等为优势菌种
      的菌胶团附着生长,从而可形成对水中有机物具有
      良好絮凝、吸附和氧化性能且结构致密的生物膜,为
      高负荷处理低浓度有机废水提供了良好的条件。
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