基于不同掛膜填料的A/O工藝抗沖擊負荷與穩定性研究

趙英杰等

摘要[目的]研究基于不同掛膜填料的A/O工藝抗沖擊負荷與穩定性。[方法]為了考察2種填料的掛膜啟動效率、運行穩定性，以青島市某小區生活污水為例，基于A/O工藝，利用平行連續中試試驗研究了彈性立體填料和柱狀懸浮填料的啟動、運行以及在低溫或低負荷條件下的抗沖擊性能。[結果]對COD、TP的去除而言，在低溫狀態下，投加彈性填料的A/O系統抗沖擊性和穩定性要優于投加懸浮填料的A/O系統；在低負荷狀態下，投加懸浮填料的A/O系統抗沖擊性和穩定性要優于投加彈性填料的A/O系統。[結論]在實際工程應用中，要針對不同的處理水平和在不良條件下從不同污染物考慮的對其抗沖擊和穩定性影響，選用合適的填料。

關鍵詞A/O工藝；填料；抗沖擊；穩定性

中圖分類號S181文獻標識碼A文章編號0517-6611（2015）21-254-03

根據安裝方法的不同，生物填料的類型可以概括為固定式、懸掛式和分散式等幾種[1-3]。不同填料不同的結構使其在生物接觸氧化過程中的優缺點各異，例如，彈性立體填料屬于懸掛式填料，剛度適宜的拉絲束縛在中心繩并以其為中心向四周均勻輻射，一方面使微生物有效快速附著而易掛膜，另一方面充分切割氣泡而提高溶解氧的利用率；柱狀懸浮填料屬于分散式立體填料，比表面積大，比重與水類似而使其在水中曝氣或攪拌條件下呈流化態，具有更新快、易掛膜、生物活性高等優點[2]。

在城市污水處理廠運行過程中，由于降雨、相關排水體系滯后、污水處理廠的規模建設、突發性狀況等原因，使水處理系統階段性進水水質或水量低于運行理論要求值[4]，而導致系統低負荷運行；另外，在冬季北方大部分地區氣溫較低，進水溫度下降直接影響生物反應，而使系統處于低溫運行狀態。低負荷和低溫不良條件明顯影響水處理系統的穩定運行及水處理效果。

填料在不良條件下對系統穩定性的貢獻力及抗沖擊能力的研究較少。該研究就彈性立體填料和柱狀懸浮填料2種填料為例，以生活污水為研究對象，基于A/O工藝，模擬正常的相同的進水和系統運行條件，對比分析其掛膜啟動效率和穩定運行的處理性能；利用兩組平行中試試驗裝置，模擬相同的低負荷、低溫條件以及恢復正常運行條件，考察2種填料在水處理過程中的抗沖擊力和運行的穩定性，為優化生物接觸氧化系統提供理論支持。

1材料與方法

1.1試驗用水、接種污泥及填料

該研究中試驗用水為青島市某小區生活污水，經初沉后進入實驗室儲水池以備用。污水水質較穩定、組分復雜，其中COD含量為300～500 mg/L，氨氮含量為20～50 mg/L，總氮含量為50～85 mg/L，總磷含量為2～7 mg/L。接種污泥為青島市某水源主要為生活污水的污水處理廠二沉池污泥，MLSS含量為4.5～6.0 g/L。選擇懸掛式填料中彈性立體填料和分散式填料中柱狀懸浮填料進行試驗，其結構外觀如圖1所示。

1.2試驗方法

通過可計量蠕動泵將實驗室生活污水儲水池向兩組相同的平行A/O裝置供水，兩組裝置均采用A單元電機機械攪拌和O單元穿孔管連續曝氣的方式促進微生物對填料載體的附著及水處理過程，提高傳質效率，其中控制O單元溶劑氧的含量維持在（3.5±0.5）mg/L左右。A和O單元體積比均為1∶2.5，兩組裝置分別使用彈性立體填料和柱狀懸浮填料，填充率均為40%。

（1）掛膜啟動和穩定運行。室溫[（25±2）℃]條件下進行接種活性污泥和裝置進水，到達設計水位后，將接觸氧化池悶曝2 d左右[2，5-7]，靜沉利用抽吸泵排放上清液。兩套相同系統均通過連續進水梯度增加進水負荷馴化培養能處理該生活污水的微生物，起初進水流量為20 L/d，5 d后梯度增加到設計流量100 L/d，每天連續測定進出水水質變化，計算比較兩種填料下的裝置穩定后的水處理效果及到達穩定狀態所需要的時間。

（2）低溫試驗。掛膜成功穩定運行后，進行連續試驗，40 d時通過調節空調控制試驗環境溫度降為15 ℃模擬系統運行低溫條件，56 d時恢復正常室溫[（25±2）℃]，連續測定兩種填料進出水水質，考察低溫下水處理效果，計算兩組平行系統恢復穩定處理的水平及所用時間，對比考察2種填料低溫條件下的抗沖擊能力和穩定效率。重復上述試驗步驟，分別將低溫溫度設定為10、5 ℃進行不同低溫條件下的對比試驗。

（3）低進水量試驗。人工模擬低進水量狀態，通過減小進水流量為設計進水量的1/2、1/3、1/4進行試驗，測定兩種填料下進出水常規指標。運行一段時間恢復進水負荷，測定兩組平行系統恢復穩定處理的水平及所用時間，對比考察2種填料低負荷條件下的抗沖擊能力和穩定效率。

2試驗結果及分析

有研究發現，系統長期在低負荷狀態下運行會導致除磷效率下降[4]。因此，在該研究中，在低（負荷）進水量試驗中，測定進出水TP的濃度變化來考察基于不同填料下的系統抗沖擊性和穩定性；在啟動試驗和低溫試驗中，測定進出水COD、TP、氨氮3個指標來評價基于不同填料下的系統抗沖擊性和穩定性，試驗結果如圖2～4所示。

由圖2～3可知，對于COD的去除效果，彈性立體填料和懸浮填料在正常室溫條件下的去除率平均值分別為80%、84%，穩定出水平均水平分別為43.78、27.86 mg/L。在低溫階段，彈性立體填料的COD去除基本不受影響，懸浮填料的COD去除效果下降，由低溫恢復正常溫度后恢復穩定的時間分別為5、8 d，再穩定后的平均水平為80.05%、83.19%。雖然在室溫條件下和再穩定后的COD去除水平彈性立體填料低于懸浮填料，但抗沖擊力和穩定性高于懸浮填料。從圖4可知，對于氨氮的去除，彈性立體填料和懸浮填料在正常室溫條件下的去除率平均值分別為84.54%、86.98%，2種填料在低溫條件下的處理水平均低于正常條件下的穩定水平，恢復溫度后去除效果恢復穩定的時間懸浮填料快于彈性填料，但穩定處理水平彈性填料優于懸浮填料，分別為85.94%、83.93%。

另外，在該研究條件下，從COD、TP、氨氮3個指標來評價2種填料的啟動掛膜效率不同。綜合圖2～4，彈性填料和懸浮填料掛膜成功穩定運行時間分別為18和26 d，彈性填料雖掛膜快，掛膜穩定后的處理水平略低于懸浮填料。

由圖4可知，低溫狀態下的TP去除率的下降和溫度恢復正常狀態時去除率的升高較明顯。為深入比較2種填料的抗沖擊能力，從TP的去除角度出發，對比彈性填料和懸浮填料在不同低溫狀態下的恢復時間和再穩定水平，結果如表1所示。 說明由15 d不同低溫狀態回升并保持正常室溫后，彈性立體填料的恢復快于懸浮填料，但懸浮填料的再穩定處理水平高于彈性立體填料；由不同的低溫狀態恢復正常室溫，低溫階段控制的溫度越低，兩種填料的恢復時間均變長，再穩定后的去除效果下降。

從表2可知，不同低進水量條件下，2種填料對TP的去除效果均降低，進水量越低，去除效果越差；相同條件下，由低進水量恢復正常進水量后懸浮填料較彈性立體填料恢復時間短，且再穩定水平高。

3結論

（1）在試驗條件下，彈性填料和懸浮填料掛膜成功時間不同，彈性填料掛膜快于懸浮填料；綜合COD、TP、氨氮3個指標掛膜成功后穩定的水處理效果，懸浮填料優于彈性填料。

（2）在低溫試驗中，對于COD的去除效果，彈性填料系統去除效果基本不受影響，降溫后懸浮填料系統去除效果下降，恢復溫度后去除效果升高，略低于正常條件下的處理水平；對于氨氮的去除，2種填料在低溫條件下的處理水平均低于正常條件下的穩定水平，恢復溫度后去除效果恢復穩定的時間懸浮填料快于彈性填料，但穩定處理水平彈性填料優于懸浮填料；對于TP的去除，處理水平均降低，恢復溫度后彈性填料穩定處理時間快于懸浮填料，但處理水平低于懸浮填料。因此，對COD、TP的去除而言，在低溫狀態下，投加彈性填料的A/O系統抗沖擊性和穩定性要優于投加懸浮填料的A/O系統；對氨氮的去除而言，懸浮填料恢復穩定的時間短，但穩定后的處理水平低于彈性填料。

（3）在低負荷試驗中，對于TP的去除，懸浮填料和彈性填料在低負荷狀態下對磷的去除效果下降，恢復正常負荷后2種填料對磷的去除效果有明顯的提高，恢復到穩定水平所用時間懸浮填料短于彈性填料，且處理水平高于彈性填料。對磷的去除而言，在低負荷狀態下，投加懸浮填料的A/O系統抗沖擊性和穩定性要優于投加彈性填料的A/O系統。

（4）在實際工程應用中，要針對不同的處理水平和在不良條件下從不同污染物考慮的對其抗沖擊和穩定性影響，選用合適的填料。

參考文獻

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