曝氣生物濾池在印染廢水處理中的應用研究

摘要：本文主要針對曝氣生物濾池在印染廢水處理中的應用展開了研究，通過結合具體的試驗，對試驗的進行作了詳細的介紹，并對試驗結果作了闡述和系統分析，以期能為有關方面的需要提供參考借鑒。

關鍵詞：曝氣生物濾池；印染廢水；處理應用

所謂的曝氣生物濾池，是集生物氧化和截留懸浮固體一體的新工藝，該工藝具有去除SS、COD、BOD、硝化、脫氮、除磷的作用，在廢水的處理中有著廣泛的應用。印染廢水一般都含有極高的污染物質，必須要進行處理后方可排放，而將曝氣生物濾池應用到印染廢水的處理中能大大促進污染物的處理能力，對廢水的處理能有極大的幫助。

1 材料與方法

1.1 試驗裝置與污水樣品

試驗裝置如圖1所示。曝氣生物濾池采用有機玻璃制作，上向流浸沒式設計，總高度1300mm，內徑50mm，鵝卵石承托層。使用粒徑3～4mm的活性炭填料，填料層總高900mm。反應器底部曝氣。儲水箱的污水經泵抽入反應器底部，在濾池內自下而上流動。

圖1 試驗裝置示意

試驗所用污水來自污水處理廠二池，出水COD為70～100mg/L；NH3-N為5～8mg/L，B/C在0.10～0.15之間；色度70～90度，濁度5～10NTU；pH7～8。

1.2 分析測試方法

1.2.1 常規指標測定方法。NH3-N：納氏試劑分光光度法測定。COD：重鉻酸鉀法測定。色度：采用APHA（鉑鈷色度）法，使用哈希便攜式光度計DR890測定。pH采用PB-10型號pH計測定。

1.2.2 微生物指標的分析方法。微生物量的測定：生物膜用超聲波剝落后采用可揮發灰分法（MLVSS）測定微生物量，結果用mg/g表示，即單位干重填料上的微生物量。

微生物比耗氧速率：采用溶氧儀測定，單位用mgO2/（g（MLVSS）·h）表示，即單位重量微生物的耗氧速率，可以用來表征微生物活性。

2 結果與分析

2.1 氣水比對曝氣生物濾池運行效果的影響

試驗穩定運行階段保持水力負荷0.35m3/（m2·h），通過調節氣體流量計改變氣水比的大小分別為2：1、3：1、4：1、5：1、6：1、7：1，每改變一次氣水體積比，穩定運行5d，結果如圖2所示。由圖2可知，運行期間，氣水比從2：1逐步上升到7：1，這期間內出水污染物濃度都有明顯降低，氣水比在2：1時，出水口DO質量濃度在1.8mg/L以下，過低的DO抑制了好氧微生物的活性，此時COD去除率為29%，出水COD穩定在53～70mg/L；NH3-N去除率為50%，出水NH3-N穩定在2.69～2.95mg/L；色度去除率為65%，出水色度為28～36度。

圖2 不同氣水比下COD去除率

當氣水比為4：1時，出水口DO濃度上升到5.7mg/L。此時COD去除率上升至55%，出水COD為37～46mg/L；NH3-N去除率為91%，出水NH3-N為0.38～0.70mg/L；色度去除率為75%，出水色度在17～21度，達到了較好的處理效果。這一氣水比取值要低于文獻報道。

氣水比再提高后，污染物去除率出現下降的趨勢，表明過量曝氣無法讓污染物去除效果進一步提高。以上數據表明，反應器對于有機污染物的去除需要保證一定量DO，但由于進水中污染物濃度較低，過高的氣水比無疑是一種浪費。主要原因是氣水比過大造成較大的水力剪切力，造成部分溶解氧的溢出，同時填料表面生物膜遭受較大程度的擾動，影響生物膜活性，導致出水水質的下降。綜合來看最佳氣水比為4：1。

2.2 水力負荷對于曝氣生物濾池運行效果的影響

該階段采用氣水比4：1，水力負荷分別在0.15、0.20、0.26、0.35、0.45、0.55m3/（m·h）條件下運行，每改變一次水力負荷穩定運行5d，結果如圖3所示。

圖3 水力負荷對COD去除效果的影響

由圖3可知，水力負荷從0.15m3/（m2·h）增大到0.55m3/（m2·h）期間，COD平均去除率從65%分別下降為62%、57%、53%、46%、22%；色度的去除率從81%分別下降為80%、78%、76%、71%、57%；NH3-N去除率從93%分別下降為91%、90%、90%、86%、86%、80%。由此可見，水力負荷對COD的影響較大，色度次之，NH3-N影響最小。

在水力負荷0.15～0.35m3/（m2·h）范圍內污染物去除率均較為穩定，但當水力負荷繼續增高后，去除率明顯下降。分析原因認為，在水力負荷相對較低的情況下，污染物沿著水流方向不斷被氧化降解，到達填料層上部后，由于底物濃度不足，限制了反應速率。隨著水力負荷的提高，單位時間內進入濾池的污染物量增加，濾池下部降解的有機物要比低負荷時增加，但總去除率降低，于是更多的污染物進入濾池上部，使得部分有機物在此處得到降解，使濾池總去除效果變化不大，當水力負荷進一步增大，上層填料上微生物來不及降解時，去除率便顯著下降。

印染廢水二沉池出水中COD為70～100mg/L，色度70～90度，NH3-N5～8mg/L。由于過低的水力負荷會造成基建成本的增加，綜合考慮將水力負荷定為0.35m3/（m2·h），此時水力停留時間為1.73h，出水COD為37～46mg/L，色度為15～20度，NH3-N為0.45～0.72mg/L，滿足GB/T18920-2002城市雜用水水質要求。

2.3 曝氣生物濾池沿程降解特征

如圖4所示，濾池對COD的去除率隨著填料層高度的增加而增大，進水口30cm厚填料層內COD的去除率為40%，反應器對于廢水總COD去除率約為55%，表明廢水中大部分COD都在0～30cm填料層內得到去除。之后隨著填料層的升高，COD去除率逐漸提高，但是單位高度填料層COD去除率卻在逐漸遞減。

圖4 COD去除率與填料高度關系

由圖5可知，NH3-N在60cm填料層高度以下無去除效果，在30～60cm這段填料層之間，NH3-N濃度還略有增高。

圖5 NH3-N去除和填料層高度的關系

2.4 曝氣生物濾池沿程生物量分布

曝氣生物濾池通過填料作為微生物的載體，對廢水中有機物進行生物降解，因此了解填料上微生物的含量對于了解濾池去除機理具有重要意義。濾池穩定運行90d后，在距濾柱底部0、30、60、90cm高度取樣口取樣，采用可揮發灰分法測定填料表面的微生物含量，結果如圖6所示。由圖6可以看出，生物量沿著水流方向逐漸減小，進水口附近生物量為67mg/g，出水口附近生物量為14mg/g，進水口附近生物量要明顯高于出水口附近。表明生物量和濾料層高度關系密切，在濾柱底部由于底物相對豐富，造成微生物大量增殖，隨著沿程底物濃度的下降，微生物量也逐漸減小。

圖6 濾池填料高度與生物量的關系

2.5 曝氣生物濾池沿程微生物比耗氧速率（SOUR）變化

一般認為，微生物活性會隨著底物濃度沿程遞減而降低，即濾池底部微生物活性最高，出水口附近微生物活性最低，但由圖7可以看出，微生物活性呈現先增高后降低再增高的趨勢，最大值出現在30cm填料高度附近，最小值出現在60cm填料高度附近，即0～30cm、60～90cm這兩段填料內微生物活性遞增。這與楊波等使用ttc-脫氫酶法測得的單位生物量活性曲線極為相似。朱小彪等認為進水口附近填料和微生物截留了大量懸浮惰性物質使得營養基質的擴散受到了影響；雖然此處微生物能夠大量生長，但是增殖速度受到了限制。而在30cm填料高度附近，底物濃度與傳質條件均較為適宜，因此生物活性在這里達到最大。國外學者Peter和Daniel通過觀察填料表面生物膜發現，填料生物膜過厚導致生物膜內部微生物由于傳質阻力較大，代謝活力要低于生物膜表面微生物，這就導致出現了生物膜較薄、生物活性較高的現象。國內學者邱立平等也得出了類似的結論。但筆者認為，這能夠解釋0～30cm填料高度處微生物活性增加的現象，但還無法解釋30～90cm填料高度處微生物活性先降低后增加的現象。由上述NH3-N沿程降解特征可以看出，60cm填料高度以上為NH3-N去除區域，故筆者認為底物濃度的降低導致30～60cm填料高度區域異養菌活性下降，60cm填料高度以上硝化細菌等自養微生物開始活躍，導致60～90cm填料高度區域微生物活性顯著增加。

圖7 不同填料高度微生物SOUR

此外，測定微生物SOUR時直接采用濾池進水，其基質濃度要高于對應高度填料層水中實際基質濃度。微生物活性的本質是細胞內各種酶促反應的反映，而酶數量的多少反映了微生物活性的高低。微生物細胞內的酶分為組成酶和誘導酶兩種，其細胞內大部分酶為后者。微生物可靈活依據底物的多少通過某種反饋機制來實現對誘導酶數量的調節。因此試驗測得的濾池內生物膜SOUR值實際上是該高度微生物所能達到的活性的最大值，而通常情況下，該處微生物活性要低于這個值，且濾層高度越高，數值越低。這也是濾池具有一定抗沖擊負荷能力的根本原因之一。

3 小結

綜上所述，曝氣生物污染池作為一種新的除污工藝，在印染廢水的排放處理中有著極大的幫助。本文就曝氣生物濾池在印染廢水處理中的應用進行了研究，相信對有關方面的需要能有一定的幫助。

參考文獻：

[1]陸洪宇、馬文成、張梁、陳志強.曝氣生物濾池深度處理混合印染廢水[J].環境工程學報.2013（07）.

[2]徐綺坤、汪曉軍.曝氣生物濾池在印染廢水處理中的應用[J].環境科學與技術.2010（06）.