PVA-硼酸法處理生活污水的實驗研究

祝麗思,閆 鵬

(1.內蒙古建筑職業技術學院,內蒙古呼和浩特010070;2.呼和浩特鐵路局集體經營管理處,內蒙古呼和浩特010050)

1 引言

固定化技術是從20世紀60年代開始迅速發展起來的一項新技術,該技術在化工、醫藥等行業的成功應用,引起了許多學者對活性污泥固定化的重視[1]。本文采用包埋與交聯聯合應用的PVA-硼酸固定化法,對生活污水的處理做了一些淺嘗研究。

2 材料與方法

2.1 實驗材料

研究中用到的活性污泥取自于蘭州雁兒灣污水廠二沉池,其他材料均為化學純。

2.2 實驗廢水水質

實驗采用蘭州交通大學居民區生活污水,其水質情況如表1所示。

表1 實驗廢水水質

2.3 實驗裝置

實驗所用裝置如圖1所示,反應器是由有機玻璃制成的長方體。曝氣區外形為長30cm,寬20cm,有效高度為23cm,有效容積為12.4L。空氣由裝置的底部進入并均勻分布,采用高水箱連續進水,3片PVA生物膜片垂直于進水方向放置。

圖1 反應裝置示意圖

2.4 實驗方法及內容

以聚乙烯醇(PVA)為包埋材料,以含2%CaCl2的飽和硼酸作為交聯劑,采用包埋和交聯聯合應用的微生物固定化方法固定馴化后的活性污泥,以網格塑料片作為支撐體,制備成固定化生物膜。生物膜活性恢復后,組裝固定化微生物反應器,對生活污水進行處理。考察水力停留時間(HRT)、溫度、pH值、進水濃度等因素對處理效果的影響,在優選條件下連續運行1個月,考察其對有機負荷沖擊的抵抗能力。

2.5 實驗結果及分析

2.5.1 水力停留時間對CODcr去除率的影響

在進水水質一定的情況下,維持空氣泵 12L/min的流量下持續曝氣,調節流速以控制廢水水力停留時間,考察水力停留時間(HRT)對處理效果的影響,如圖2。

圖2 水力停留時間對CODcr去除率的影響

由圖2,CODcr的去除率隨著水力停留時間的增加呈增大趨勢,但HRT超過10h,CODcr去除率增大比較緩慢,并且此時 CODcr去除率可以達到87.04%。繼續增加停留時間對處理效果沒有太大的改觀,而且還增大了能耗。故選擇水力停留時間為10h。

2.5.2 溫度對CODcr去除率的影響

在進水水質相同,曝氣速率為12L/min,水力停留時間為10h的條件下,考察不同溫度下CODcr的去除率,如圖3所示。

圖3 溫度對對CODcr去除率的影響

微生物對外界環境的變化非常敏感,我們一般將活性污泥處理的最高與最低的溫度值分別控制在35℃和15℃[2]。由圖3可以看出,CODcr去除率隨著溫度的升高逐漸增大,溫度在20～30℃范圍內,CODcr去除率最高,溫度超過30℃,CODcr去除率又有所下降,但整個曲線變化幅度不大,在試驗溫度10～50℃范圍內,CODcr去除率均在80%以上。由此,活性污泥經固定化后,對溫度的適應能力比普通活性污泥的適應范圍15～35℃變寬了。

2.5.3 pH值對處理效果的影響

實驗中我們在進水水質相同,曝氣速率為12L/min,水力停留時間為10h,選取相對適宜溫度27℃的條件下,考察不同pH值對處理效果的影響如圖4所示。

圖4 p H值對CODcr去除率的影響

微生物對pH值改變的適應比對溫度改變的適應過程要慢得多[3]。從圖4可以看出,活性污泥經固定化后,pH值在4～10之間變化時,CODcr去除率波動幅度不是太大,最適宜的pH值范圍還是6.5～8.5。分析其原因,活性污泥被包埋之后,細菌被包裹在凝膠的微小空格內或埋于半透膜聚合物的超濾膜內,受外界的影響比較小。故包埋之后的微生物對pH值的適應范圍也比固定前變寬了,即對pH值變化的適應性較好。

2.5.4 進水濃度對處理效果的影響

在曝氣速率為12L/min,水力停留時間為10h,選取相對適宜溫度 27℃,相對適宜 pH值的條件下,考察不同進水濃度對處理效果的影響,如圖5所示。

圖5 進水濃度對CODcr處理效果的影響

在實驗CODcr濃度 216～944mg/L范圍內,濃度低于752mg/L時,CODcr去除率相對較高,均能保持在90%以上,濃度在328～656mg/L范圍內,處理效果達到最好,此時固定化細胞表現出最佳狀態。進水濃度大于752m g/L時,去除率出現下降趨勢。分析原因,一方面微生物周圍基質濃度過高,產生大量的代謝物,不能及時向外擴散,又反過來影響了傳質性能,使外部的基質不容易被很好地利用;另一方面,由于PVA凝膠傳質性能不夠好,高濃度的基質向PVA生物膜內部的傳輸受到影響。可見,固定化微生物不適宜處理濃度很高的生活污水。

2.5.5 優選條件下的連續實驗

維持最佳運行條件,通過高位水箱進水,反應器連續運行1個月,每 4d測 1次CODcr和氨氮,實驗結果如圖6所示。

圖6 連續運行時CODcr的處理情況

在實驗過程中,進水 CODcr濃度從 200～896m g/L不等,而CODcr的去除率都能保持在85%以上,最高可達到92%。說明固定化細胞對有機負荷的沖擊有一定的抵抗能力,從圖4～5中也可以看出,當CODcr升高到896mg/L時,去除率曲線雖有所下降,但出水也能達到國家標準(GB8978-1996)中的二級排放標準。

3 結語

生物固定化技術以其獨特的優點引起了人們的普遍關注,具有廣闊的發展前景,但目前固定化技術處理廢水仍處于起步階段。相信隨著對生物固定化技術的不斷深入研究和發展,該項技術必將成為一項高效而實用的廢水處理技術。本文通過利用包埋固定化微生物技術對生活污水處理進行初步研究,得出經固定化后,活性污泥對溫度和pH值的適應范圍變寬。固定化細胞對有機負荷的沖擊有一定的抵抗能力。本實驗是在實驗室研究的,生物膜是靠玻璃釘固定在反應器上的,因此,應用到實際時,仍存在問題。

[1]閔 航,鄭耀通.聚乙烯醇包埋厭氧活性污泥處理廢水的最優化條件研究[J].環境科學,1994,15(5)：10～14.

[2]張自杰.排水工程[M].北京：中國建筑工業出版社,2006.

[3]沈耀良,王寶貞.廢水處理新技術——理論與應用[M].北京：中國環境科學出版社,1999.