复合式生物膜反应器中生物膜量_厚度及活性_赵庆良
移动床生物膜反应器处理回用PVC母液废水
第24卷 第5期2007年10月黑龙江大学自然科学学报J OURNAL OF NATURAL SC I EN CE OF H EILONG JI ANG UN I V ERSITY V o l 24N o 5O ctober ,2007移动床生物膜反应器处理回用PVC 母液废水黄 鹏1, 赵庆良1, 胡万里2, 张瑛瑛3(1.哈尔滨工业大学市政与环境工程学院,哈尔滨150090,2.天津市塘沽区环保局,天津300450,3.天津市塘沽区鑫宇环保科技有限公司,天津300451)摘 要:采用新型球状聚丙烯悬浮填料,应用好氧移动床生物膜工艺生化处理P VC 母液废水。
反应器在三周内完成启动,并对比了两种启动方式的生物膜量和COD 去除效果,为工业化试验提供了依据。
在载体填充率20%,进水COD 100mg L-1~300mg L -1,浊度60NTU ~100NTU,气水比(10~15) 1,有机负荷0 16kg C OD m-3 d -1~0 56kg COD m -3 d -1,水力停留时间14h 的条件下,出水COD 可降到20m g L -1以下,浊度平均达到10NTU,TOC 去除率可达到90%,对氨氮也有较好的处理效果,出水能满足到工业循环冷却水要求。
关键词:移动床生物膜反应器;PVC 母液废水;回用中图分类号:X703文献标识码:A 文章编号:1001-7011(2007)05-0634-05收稿日期:2007-01-20基金项目:天津市重点科技攻关项目作者简介:黄 鹏(1976-),男,博士研究生,主要研究方向:污水处理通讯作者:赵庆良(1962-),男,教授,博士生导师,主要研究方向:污水处理与资源化,E -ma i :l Zhq l 1962@yahoo .co 1 前 言聚氯乙烯(PVC )是一种重要的有机化工原料,在工业发达国家其产量仅次于聚乙烯、聚丙烯,处居第三位,我国PVC 产量位居世界第一[1]。
污水处理中的生物膜反应器的运行与优化
污水处理中的生物膜反应器的运行与优化污水处理一直是环境保护领域的重要议题之一。
生物膜反应器是一种高效处理污水的技术，通过微生物附着生长在固体载体上形成膜状结构，利用微生物降解污水中的有机物质和氮磷等营养物质。
本文将重点探讨生物膜反应器的运行和优化。
一、生物膜反应器的运行生物膜反应器的运行可分为启动阶段和稳定运行阶段。
启动阶段是指在反应器投入运行时，初始微生物附着和生长的过程。
稳定运行阶段则是指反应器达到了稳定状态，微生物附着和生长达到平衡，对污水中的有机物质和营养物质进行高效降解的状态。
在启动阶段，需要选用合适的填料作为固体载体，提供充足的附着面积，以便微生物有足够的空间进行附着和生长。
同时，启动阶段还需要适度控制反应器中的温度、pH值和溶解氧含量等环境参数，以促进微生物的附着和生长过程。
此外，加入一定数量的活性污泥或者种子菌可以加速启动阶段的进程。
进入稳定运行阶段后，需要合理控制反应器中的污水负荷、水力停留时间等操作参数，以保持反应器内微生物附着和生长的稳定性。
此外，定期监测反应器出水的水质指标，如COD、氨氮和总磷浓度等，以确保生物膜反应器的处理效果和运行状态符合要求。
二、生物膜反应器的优化针对生物膜反应器的运行过程，有一些优化措施可以提高处理效果和降低运行成本。
1. 填料选择与优化：选择适合生物膜附着和生长的填料是提高反应器效果的关键。
填料表面的粗糙度、孔隙率和比表面积等参数都会影响微生物附着的效果。
选择适当的填料可以提高生物膜反应器的处理能力和稳定性。
2. 操作参数调控：合理调控反应器的操作参数可以提高处理效果。
例如，调整水力停留时间可以根据进水水质的变化来灵活操作，从而提高降解效果。
控制好反应器的pH值、温度和溶解氧含量等参数，可以保持微生物的健康生长状态。
3. 微生物管理：维护良好的微生物群落是保持反应器稳定运行的关键。
避免外界污染物的进入，定期添加新的活性污泥或者种子菌以保持微生物的多样性和活力。
水处理工程(2)习题集
水污染控制工程习题集一、简答题1、从工艺流程、工艺参数、平面布置等角度简单描述一个你所了解的城市污水处理厂（可以是你所在城市的污水厂，也可以是你曾参观过的污水厂）。
2、在好氧条件下，废水中有机物的去除主要是由哪几个生物过程完成的？请分别给出其反应方程式。
3、试比较“生物膜法”和“膜生物反应器”中的“膜”有何不同？4、请简述Orbal氧化沟的基本概念。
5、试简述影响废水好氧生物处理的主要因素。
6、在一个启动运行不久的处理厌氧反应器出水的活性污泥工艺中，由于负荷较低，曝气池内的溶解氧较高，结果发现污泥在二沉池中有上浮的现象；从曝气池中取混合液测定其SV时发现污泥的沉降很好，但0.5~1.0小时后，即出现污泥成团上浮；镜检观察未发现有大量丝状菌；试分析其可能的原因并给出解决对策。
7、试推导L—M模式的两个基本方程和四个基本导出方程。
8、普通活性污泥法、吸附再生法和完全混合法各有什么特点？在一般情况下，对于有机废水BOD5的去除率如何？根据活性污泥增长曲线来看，这几种运行方式的基本区别在什么地方？各自的优缺点是什么？9、试简述活性污泥膨胀的产生原因、分类、以及相应的对策。
10、废水可生化性问题的实质是什么？评价废水可生化性的主要方法有那几种？各有何优缺点？11、试指出污泥沉降比SV、污泥浓度MLSS和污泥指数SVI的定义，以及其在水处理工程中的实际意义以及一般的正常数值范围。
12、试简述生物膜去除有机污染物的原理与过程，并比较活性污泥法与生物膜法之间的主要差别。
13、试简述活性污泥系统运行过程中曝气池中常见的异常现象，并同时给出简单的原因分析和处理对策。
14、试比较以下概念：污泥腐化、污泥解体、污泥上浮、污泥膨胀，并分别给出其形成原因及相应对策。
15、请画出氧转移双膜理论的示意图，并结合图从Fick定律推导出氧的总转移系数K La的表达式，并对影响氧转移速率的因素进行分析。
16、试推导出活性污泥系统出水水质与动力学常数之间的关系式。
水质工程学(生物膜法)
2.生物膜法的发展趋势 生物膜法的发展趋势
随着对生物膜技术有关特征的认识和基础理论研究的逐步加深，生物 膜反应器的研究将更趋向于进一步探讨微生物在载体表面的固定机理 与技术，生物膜载体的开发与改良，生物膜微生物的增长及底物去除 动力学和生物膜微生物的能量代谢，开发工程实际中普遍适用的微生 物固定技术，优化生物膜结构及各种反应器工艺系统，进一步使各种 膜反应器系统的净化功能更为广谱与高效，朝着节能和自动化控制方 向发展。
7） 复合式、联合式生物膜反应器 复合式、
他们将各种处理技术的优点组合在一起，取长补短，使反应器的净化功能得到 他们将各种处理技术的优点组合在一起，取长补短， 极大的提高。 极大的提高。
生物滤池
生物转盘
生物接触氧化池
生物流化床
生物膜法的特征与发展趋势
1.生物膜法的特征 生物膜法的特征 1 ）生物膜法的微生物相的特征
2） 生物转盘
生物转盘能处理高浓度废水,而不会发生堵塞现象。 生物转盘能处理高浓度废水,而不会发生堵塞现象。构造与生物转盘类似 的还有生物转筒。主体装置是由固定在一横轴上的若干圆筒组成， 的还有生物转筒。主体装置是由固定在一横轴上的若干圆筒组成，圆筒 中装填料，生物膜生长在填料表面。 中装填料，生物膜生长在填料表面。
6） 移动床生物膜反应器
移动床生物膜反应器是一种新型的生物膜反应器。微生物附着在悬浮的填料上, 移动床生物膜反应器是一种新型的生物膜反应器。微生物附着在悬浮的填料上, 填料在反应器内随着混合液循环流动,反应器内气、 填料三者充分接触, 填料在反应器内随着混合液循环流动,反应器内气、水、填料三者充分接触,极大 提高了氧的利用率和水中有机污染物的传质效率等, 提高了氧的利用率和水中有机污染物的传质效率等,并能使老化的生物膜易从填 料表面脱落,保持膜活性。移动床生物膜反应器不需要反冲洗, 料表面脱落,保持膜活性。移动床生物膜反应器不需要反冲洗,通过反应器的水头 损失亦不大,抗冲击负荷强,出水水质稳定,是一种有效的印染废水处理方法。 损失亦不大,抗冲击负荷强,出水水质稳定,是一种有效的印染废水处理方法。
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第32卷第6期哈尔滨建筑大学学报Vol.32No.61999年12月JournalofHarbinUniversityofC.E.&ArchitectureDec.1999
文章编号:1006-6780(1999)06-0039-05
复合式生物膜反应器中生物膜量、厚度及活性
赵庆良,刘淑彦,王琨(哈尔滨建筑大学市政环境工程学院,黑龙江哈尔滨150090)摘要:传统的活性污泥工艺中加入废弃轮胎颗粒作为生物膜载体形成复合式生物膜反应器,在颗粒浓度为40g/L时,稳定运行条件下在轮胎颗粒表面可形成约50mg/g的生物膜量,即在传统曝气池的2000~3000mg/L悬浮生长污泥的基础上,可增加2000mg/L的附着生物膜量。此时生物膜的厚度为255Lm,其活性以比基质耗氧速率(SOUR)表示为40~70mgO2/g
#h。
关键词:生物膜量;生物膜厚;微生物活性;复合式生物膜反应器中图分类号:X703文献标识码:A
Biomass,thicknessandactivityofbiofilminhybridbiofilmreactorsZHAOQing-liang,LIUShu-yan,WANGKun(SchoolofMunicipal&EnvironmentalEngineering,HarbinUniversityofCivilEngineering&Architecture,Harbin150090,China)
收稿日期:1999-05-24作者简介:赵庆良(1962-),男,哈尔滨建筑大学博士后.
Abstract:Theincorporationofwaste-tirebeadsataconcentrationof40g/Lintoconventionalactivatedsludgetank,ledtotheattachmentof50mg/gbiomassonthesurfaceoftyrebeadsatsteadystate.Thus,2000mg/Lofattached-growthwasavailableinadditiontotheexisting2000~3000mg/Lofsuspended-growthbiomassinthehybridreactor.Biofilmthicknesswas255Lmanditsactivitywasintherangeof40~70mg2/g#h,whichwascomparabletothatofsuspend-ed-growth.Keywords:biomass;biofilmthickness;biologicalactivity;hybridbiofilmreactor在污(废)水生物处理工艺中,单纯的生物膜反应器和与悬浮生长微生物复合在一起的复合式生物膜反应器越来越发挥着不可低估的作用。本研究的目的在于考察一种新型的生物膜载体废弃轮胎颗粒做为附着生长载体时的微生物膜的特性,具体研究内容包括不同构型的复合式生物膜反应器中生物膜的生长过程及附着生长的生物膜量、附着生长生物膜的厚度和附着生长生物膜的微生物活性。本研究的最终成果可用于指导新建污水处理厂或用于改造已有的超负荷运行的污(废)水处理厂。
1试验设施与方法本研究采用两种类型的复合式生物膜反应器。第一种为内置套筒的圆柱型(图1),容积为24L,用于实验室内处理人工合成污水的研究;第二种呈长方体状,类似于实际应用的曝气池,并设置内隔板防止生物膜颗粒流出(图2),容积为90L,用于实地处理啤酒加工所产生的有机废水。两套复合式生物膜反应器系统中的反应器均由透明的有机玻璃加工而成,以便于能观察到轮胎颗粒在反应器中的流动状态。曝气采用微孔橡胶蛇管,单独使用压缩空气或补充一定量的纯氧以保证生物反应器内溶解氧的浓度在2mg/L左右。系统连续进水及污泥回流均由蠕动泵(ColePalmer7620型,0-100rpm)来完成并可按设计需要进行流量控制。粉碎的轮胎颗粒用作本研究中的微生物附着生长载体,其形状不规则,但可近似圆形或卵圆形。经在显微镜下对54个该颗粒的观察测定,其直径在2.25?0.41mm。按平均粒径为2.25mm来40哈尔滨建筑大学学报第32卷
图1实验室研究的复合式生物反应器系统图2实地研究的复合式生物反应器系统
计算,比表面积为2300m2/m3,或每克所提供的表面积为45cm2。轮胎颗粒主要由天然橡胶和(或)聚丁橡胶、碳黑及其他一些少量添加剂(如氧化锌、抗氧化剂、硫和硬脂酸等)所组成[1],颗粒比重为1.12。反应器内投加40g/L的该颗粒时约占反应器总容积的12%。
人工合成污水主要由全脂奶粉(蛋白质34.5%、乳糖45.5%、脂肪9%、矿物质7.2%和水3.8%)配制而成,配比为每升自来水中全脂奶粉1000mg,(NH4)2SO4232mg,KH2PO435.2mg和NaHCO3
500mg,COD的浓度约为1000mg/L。实地处理的啤酒加工所产生的有机废水进入复合式生物反应
器系统的COD值在1000mg/L左右。试验期间内经测得的总COD为357~1850mg/L,平均值为1178mg/L;溶解性COD值在221~1551mg/L之间,其平均值为832mg/L。轮胎颗粒上附着生长的生物膜量的测定参照文献[2]进行,具体步骤如下:取出一定量的带有生物膜的轮胎颗粒,放入200mL的小烧杯中轻轻用去离子水淋洗数遍洗去夹带的悬浮生长的MLSS,然后将洗净的生物膜颗粒转移到已称重的铝箔(W1,g)中,再放入105e的烘箱中烘干、冷却和称重(W2,g);再将干燥的颗粒转移到装有20mL的1NNaOH的烧杯中,在恒温水浴(80e)中加热1h,加热过程中伴以搅拌至所有生物膜脱落,然后弃去脱膜碱液并用去离子水淋洗数遍,洗净的轮胎颗粒再转移至已洗净的原有铝箔中,再遵循同样步骤放入105e烘箱中烘干、冷却和称重(W3,g)。由W1,W2和W3即可计算出每克轮胎颗粒上生物膜的干重,以mg/g来表示。比基质耗氧速率(SOUR)的测定采用配有YSI-5730型DO探头的溶解氧测定仪(YSI-58型),整个过程在25e的恒温水浴槽中进行。对于测定悬浮生长的MLSS的SOUR来讲,先从反应器中取出一定量的混合液,然后离心分离,将离心后的MLSS加入装有预曝气充氧的一定COD浓度(通常为500mg/L)的原水BOD瓶中,记录DO随时间的变化情况,再测定BOD瓶中MLSS的浓度,便可计算出以MLSS为基础的SOUR,以mgO2/g#h来表示。对于测定附着生长生物膜的SOUR来讲,先从反应41图3生物膜量随时间的增长变化过程Re=Nd2
v=(70/60)(0.135)2
8.36@10-5
=254
第6期赵庆良等:复合式生物膜反应器中生物膜量、厚度及活性
f=0.078Re-0.25=0.0195
Ss=12fu2p=12@0.0195@[(2P@7060@0.65)/2]2@1000=55N/m2
器中取出一定量(视生物膜量的多寡而定)的生物轮胎颗粒,然后用去离子水淋洗至将悬浮的微生物洗净为止,用此带有生物膜的颗粒采用与上述一致的方式测定和计算出SOUR,亦以mgO2/g#h来表示。
2试验结果与讨论
2.1附着生长生物膜量在各复合式生物反应器系统投入运行以后,我们分别考察了在轮胎颗粒表面附着生物膜的生长状况。一般说来,微生物从附着固定在轮胎颗粒表面到形成成熟的生物膜约需2~3个月的时间,这还需视反应器构型、基质种类及浓度、水力剪切力的大小、微生物种类及温度等条件因素而定,成熟生物膜的生物膜量及厚度更是与上述因素息息相关。在复合式生物反应器系统处理以奶粉为主配制的合成污水时,生物膜的生长过程约需60d[3],如图3所示。两套复合式生物反应器内生物膜量的比较见表1,其中曝气强度指的是单位时间内曝气区横断面上所通过的气体流量,在图1中指复合式生物反应器内导管断面积,在图2中则指反应器进水端曝气区的断面积。由表1可以看出:在复合式生物反应器系统分别处理合成污水与啤酒废水时的生物膜量相近,每克轮胎颗粒上的生物膜量各为50~100mg左右,这种差异主要由曝气所产生的水力剪切力及轮胎颗粒表面上的菌种不同所致。对后者,为使轮胎颗粒悬浮混合状态,还在反应器内辅设一慢速桨板型搅拌装置,以使轮胎颗粒不至于沉底,该桨板(135mm@65mm)转速为70rpm,则根据文献[4]可计算出平均雷诺数
表1复合式生物反应器内生物膜量的比较
据此可进一步计算出平均摩擦系数f[5]和作用在颗粒表面的平均剪切力Ss[6],即这无疑又在原有的曝气所造成剪力的基础上增加了为使颗粒悬浮搅拌的剪力,不利于生物膜的形成。再者,后者自投入运行时,反应器内水的温度只有12~15e,此时生物膜的生长速度极为缓慢,待温度上升至20e以上时,生物膜开始生长并逐步成熟。有研究表明[7],在一用粒径为0.36mm的砂作为载体的曝气流化床生物膜反应器处理淀粉废水时,当曝气强度控制在0.4L/min#cm2时,每克砂上可以固定的生物膜量以总挥发固体(TVS)表示为25~75mg,同时要取决于BOD5的负荷。这些结果与本研究中所得的结果基本一致。2.2附着生长生物膜厚度下面我们再来估算一下成熟生物膜的厚度。假设轮胎颗粒为圆形且其平均粒径为2r,成熟生物膜的厚度为D,生物膜密度为Q,单个膜重为mi,则有下式成立
Q4P3[(r+D)3-r3]=mi