容積負荷對IAL-CHS反應器運行的影響

牛天新

（浙江省杭州市農業科學研究院,浙江 杭州 310024）

容積負荷對IAL-CHS反應器運行的影響

牛天新

（浙江省杭州市農業科學研究院,浙江 杭州 310024）

采用IAL-CHS反應器處理受污染原水,研究負荷對反應器各污染指標去除的影響。結果表明,隨著水力負荷與氨氮容積負荷的逐漸增大,氨氮的去除率隨之逐漸減少,而氨氮的去除速率卻逐步增大,但增速逐漸減緩。反應器運行必須控制進水容積負荷,氨氮容積負荷不能超過1.91 kg·m-3·d-1,水力負荷不能超過12.58 m3·m-2·d-1。氨氮的去除速率來表示氨氮的去除效果比用去除率表示更科學,以氨氮容積負荷來衡量和設計生化反應裝置比以水力負荷衡量更準確。氨氮容積負荷與氨氮去除速率呈對數關系。有機物、總磷、濁度去除速率和去除率隨相應容積負荷的增高而增高。

容積負荷；水力負荷；反應器；生物膜

IAL-CHS反應器采用生物膜法來去除污染物質,具有高效、快速降低富營養化水體中的氨氮等污染物質,出水水質好,操作簡單、運行方便等優點［1］。使用這種新的生物反應器處理污染地表水已經有了一定研究進展［2-5］。但對于系統的運行穩定性及其影響因素的研究較少,生物反應器的設計和計算通常采用水力負荷和有機負荷來進行,用容積負荷來評價生化裝置的實際處理負荷及在相同條件下的操作管理的優劣是比較簡便而直觀的［6］。

筆者在處理富營養的原水時,研究了IAL-CHS反應器容積負荷和水力負荷對反應器各污染指標處理效果的影響,以期為今后的設計、運行、管理提供技術參數。

l 裝置與方法

1.1 裝置

供試IAL-CHS反應器如圖1所示,生物反應器總高度為450 mm,柱體直徑為100 mm,體積2 300 m L,分離區120 m L,反應器內蜂窩陶瓷載體高166 mm,直徑65 mm,進水由水泵從反應器底部進入,反應器下部中間曝氣,經分離區沉淀后排出反應器。

1.2 分析方法

水溫采用GB 13195-91水溫計法。氨氮采用GB 7479-87納氏試劑比色法,濁度用GB 13200-91分光光度法,總磷 （TP）用GB 11893-89鉬銻抗分光光度法,SP-2000型Spectrum可見分光光度計由上海光譜儀器有限公司出品。總有機碳（TOC）用GB 13193-91燃燒氧化非分散紅外吸收法,LiquiTOC由德國元素分析系統公司出品。COD（化學需氧量）用GB 11914-89重鉻酸鉀法。UV254（254 nm波長紫外光下吸光度）采用紫外分光法［7］,UV-2550型儀器由島津Shimadzu有限公司出品。

圖1 供試的IAL-CHS反應器裝置

1.3 原水水質

試驗所處理的水為上海市漕河涇河水原水,為富營養化地表劣V類水體。原水水溫13～29.6℃,氨氮5.6～11.4 mg·L-1,COD 25.1～66.3 mg·L-1,濁度5.6～55.6 NTU（度）,TOC 11.78～22.02 mg·L-1,UV2540.22～0.42 cm-1, TP 0.66～1.11 mg·L-1。

1.4 處理方法

反應器連續運行,當反應器運行穩定時,生物膜已是成熟的生物膜,在反應器對氨氮的去除率達90%后,進行負荷試驗,通過逐步提高停留時間（HRT）的方式,來提高反應器的容積負荷。試驗設HRT分別為3 h,2 h,1 h,30 min,50 min和40 min,每HRT處理穩定運行10 d以上。試驗期間使溶解氧為4 mg·L-1,分別測定反應器進出水的氨氮濃度、COD濃度、TOC濃度、TP、濁度、UV254,并對運行數據進行了統計分析,探討反應器的水力負荷與相應污染物質的容積負荷,分別與其去除率及去除速率之間的關系。

2 結果與分析

2.1 水力負荷與氨氮容積負荷的影響

由圖2-3可以看出,隨著水力負荷與氨氮容積負荷的逐漸增大,氨氮的去除率隨之逐漸減少,而氨氮的去除速率卻與之相反,逐步增大,但增速逐漸減緩。在溫度13～29.6℃,HRT為3 h,進水氨氮濃度5.6～11.4 mg·L-1的條件下,氨氮容積負荷從最初的0.26 kg·m-3·d-1,氨氮去除速率為0.248 kg·m-3·d-1開始逐漸增加,當氨氮容積負荷增大到1.65 kg·m-3·d-1時,氨氮去除速率達到1.33 kg·m-3·d-1。當再通過降低HRT增加氨氮容積負荷到最大值1.91 kg·m-3·d-1時,氨氮去除速率仍可保持1.33 kg·m-3·d-1,之后隨著氨氮容積負荷的增大,氨氮去除速率逐漸減小。當氨氮容積負荷達到2.54 kg·m-3·d-1時,氨氮去除速率降低到1.21 kg·m-3·d-1。氨氮容積負荷 （X）與氨氮的去除速率 （Y）呈對數關系,其關系可用Y=0.500 9 ln X+0.855 8表示,相關系數0.91。氨氮去除速率與水力負荷和氨氮容積負荷的相關性比氨氮去除率與水力負荷和氨氮容積負荷相關性強,所以用氨氮的去除速率來表示氨氮的去除效果更科學些。并且氨氮容積負荷與氨氮去除率和去除速率的相關性比水力負荷與氨氮去除率和去除速率的相關性更強一些。所以用氨氮容積負荷來衡量和設計生化反應裝置較為準確。氨氮水力負荷和容積負荷對氨氮的去除率影響較大。隨著水力負荷的增加,當水力負荷達到7.838 m3·m-2·d-1時,氨氮的去除率開始下降。當水力負荷增到12.58 m3·m-2·d-1,氨氮去除率下降明顯,迅速低于60%。同樣隨著氨氮的容積負荷的增加,氨氮的去除率開始保持不變,然后緩慢下降,當容積負荷增加到1.5 kg·m-3·d-1時,氨氮去除率80%以上,當容積負荷大于1.5 kg·m-3·d-1后,氨氮去除率下降明顯,所以為了維持較好的處理效果,必須控制進水容積負荷。

圖2 水力負荷與氨氮去除率、去除速率的關系

圖3 氨氮容積負荷與氨氮去除率、去除速率的關系

2.2 有機物容積負荷的影響

有機物容積負荷通過測定進出水的COD、TOC與UV254指標來分析 （圖4-圖6）。

試驗原水為天然地表水,水中有機物大部分成分為難降解的有機腐殖質。由圖4可看出,COD濃度25.08～66.30 mg·L-1,COD容積負荷與COD去除率和去除速率關系比氨氮容積負荷的相關性弱,但也能看出,隨著COD容積負荷的逐漸增大,COD去除率及COD去除速率呈正相關的趨勢,與氨氮的情況一樣,COD去除速率與COD容積負荷比COD去除率與容積負荷的關系相關性強。

由TOC的負荷關系（圖5）可看出,同COD一樣,TOC去除速率與TOC容積負荷比TOC去除率與容積負荷的關系相關性強。TOC去除速率與容積負荷的相關性比COD去除速率與容積負荷相關性強,相關系數達0.63,這是因為TOC比COD更能準確地代表水體中有機污染物濃度。

圖4 COD容積負荷與COD去除率、去除速率的關系

圖5 TOC容積負荷與TOC去除率、去除速率的關系

同樣,UV254反映的并不是某一種有機物的濃度,而是多種 （甚至達幾百種）有機物的濃度之和,是一類有機物的共同含量,是所有具有紫外吸收性能的有機物成分總濃度的指示,可作為TOC、溶解性有機碳,以及三鹵甲烷 （THMs）的前驅物（THMFP）等指標的替代參數［8］。由圖6可知,同其他有機污染物指標一樣,UV254去除速率和去除率隨UV254的容積負荷的增高而增高。UV254的去除主要靠生物膜的吸附作用。3種有機污染物指標是一致的,有機物去除速率和去除率隨有機物容積負荷的增高而增高,表明反應器對有機物處理還是有些潛力的。

2.3 TP容積負荷的影響

由圖7可知,TP容積負荷與總磷去除率和去除速率關系與COD差不多,相關性較差,這與反應器對TP的去除率較低分不開,TP去除率最高僅達到34.4%,趨勢為總磷的去除速率和去除率隨TP容積負荷的增高而增高。

圖7 TP容積負荷與TP去除率和去除速率的關系

2.4 濁度容積負荷的影響

由圖8可知,濁度去除速率和去除率隨濁度容積負荷的增高而增高,其去除率為10.7% ～80.8%。濁度主要通過接觸和微生物的絮凝作用來降低,其容積負荷的增大使其去除速率更高,去除率也會增高,可見反應器在處理濁度方面,還是有相當大潛力的。

圖8 濁度容積負荷與濁度去除率和去除速率的關系

3 小結

在IAL-CHS反應器運行研究過程中,設計負荷試驗考查容積負荷和水力負荷對反應器各污染指標處理效果的影響,可為以后的設計、運行、管理提供參數。

氨氮水力負荷和容積負荷對氨氮的去除率影響較大,隨著水力負荷與氨氮容積負荷的逐漸增大,氨氮的去除率隨之逐漸減少,而氨氮的去除速率卻與之相反,逐步增大,但增速逐漸減緩。在運行過程中,為保持運行效果,必須控制進水容積負荷,氨氮容積負荷最好不要超過1.91 kg·m-3·d-1,水力負荷不要超過12.58 m3·m-2·d-1。

以氨氮的去除速率比以去除率來表示氨氮的去除效果更科學,用氨氮容積負荷比用水力負荷來衡量和設計生化反應裝置更準確。氨氮容積負荷與氨氮去除速率呈對數關系,其關系可用Y=0.500 9 ln X+0.855 8表示。

隨著有機物容積負荷的逐漸增大,有機物容積負荷與有機物去除率和去除速率呈正相關的趨勢,以TOC和UV254表示的容積負荷與去除速率相關性更好。

總磷和濁度去除速率和去除率隨其容積負荷的增高而增高,IAL-CHS反應器還有很大潛力。

［1］ 牛天新,鄭潔敏,宋亮,等.氣升式內循環蜂窩陶瓷反應器高效快速修復地表水的研究 ［J］.環境污染與防治, 2008,30（8）：65-68.

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［3］ 牛天新,鄭潔敏.氣升式內循環蜂窩陶瓷反應器的氧傳質特性 ［J］.水處理技術,2012,38（4）：65-67.

［4］ 牛天新,鄭潔敏,黃國寧.新型生物反應器處理微污染原水硝化實驗研究 ［J］.中國給水排水,2012,28（5）：36-39.

［5］ 牛天新,陳月兒.IAL-CHS反應器預處理富營養化原水的試驗研究 ［J］.環境科技,2012,25（3）：1-4.

［6］ 劉成良,李天煜,劉可慧.氨氮廢水的厭氧氨氧化生物脫氮研 究 ［J］.生 態 環 境 學 報, 2010, 19（9）：2172-2176.

［7］ 國家環境保護總局 《水和廢水監測分析方法》編委會.水和廢水監測分析方法 ［M］.4版.北京：中國環境科學出版社,2002.

［8］ 蔣紹階,劉宗源.UV254作為水處理中有機物控制指標的意義 ［J］.重慶建筑大學學報,2002,24（2）：61-65.

（責任編輯：吳益偉）

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：A

：0528-9017（2014）04-0578-03

文獻著錄格式：牛天新.容積負荷對IAL-CHS反應器運行的影響 ［J］.浙江農業科學,2014（4）：578-580,582.

2014-02-15

國家自然科學基金項目 （50678102）

牛天新 （1976-）,女,山東平邑人,工程師,碩士,研究方向為環境生物與水處理技術。E-mail：snail.li2@163.com。