改性絲瓜絡懸浮填料與SBR工藝結合處理生活廢水研究

高嘉敏，廖佳歡，張宇含，聞倩敏，李興杰，王靜

（東莞理工學院城市學院，廣東東莞 523000）

生物膜在廢水生化處理中起著重要的作用，而生物膜生長繁殖的場所為填料，因此開發比表面積大、多孔易掛膜、低碳環保的生物膜填料就顯得尤為重要。目前，市面上的生物膜填料以人工合成為主，在功能衰退或達到使用壽命后存在二次污染的問題。而本文以天然絲瓜絡為材料，經過簡單改性制備成絲瓜絡懸浮填料，用于處理生活廢水，在資源及環境問題日益突出的今天，天然可再生生物資源的綜合利用顯得極具研究價值[1]。

1 實驗裝置及方法

1.1 實驗裝置

本實驗裝置為SBR反應裝置，SBR反應池的長、寬、高分別為60 cm、34 cm、40 cm，有效深度為34 cm，有效體積為70 L。球形絲瓜絡填料放置在SBR池中，每個絲瓜絡懸浮填料直徑9 cm，內放置重量為3 g的改性絲瓜絡，在曝氣階段，絲瓜絡填料會處于懸浮流化狀態。本實驗依據SBR工藝采用間歇的方式運行。

1.2 實驗材料

1.2.1 天然絲瓜絡改性

絲瓜絡為葫蘆科植物絲瓜成熟果實的維管束，據統計，每畝絲瓜成熟后可取絲瓜絡約100 kg。絲瓜絡是由多層絲狀纖維縱橫交織而成的立體多孔網狀物，具有體輕、質韌、耐磨、富有彈性等天然特性。絲瓜絡的主要化學組成為纖維素、半纖維素和木質素，經過簡單堿處理，能使絲瓜絡纖維表面形成較多的空腔，比表面積增大，并在一定程度上改善其吸水性[2]。

將天然絲瓜絡剪成5 cm左右的小段，每小段重量約為 5 g，用去離子水浸泡 2 h 洗凈，并在 90 ℃環境下干燥3 h備用。配制7%的NaOH溶液并將干燥后的絲瓜絡浸泡其中，2 h后取出并用去離子水洗凈，干燥備用，并進一步進行吸水性檢測，結果如圖1所示，經過簡單的改性后，填料的親水性有了很大的提高。

圖1 天然及改性絲瓜絡吸水性

1.2.2 自然培養法培養生物膜

本文采用自然培養法培養生物膜。將絲瓜絡懸浮填料均勻放置在SBR反應池中，保持填充率為25%左右。實驗從2018年10月開始，生物膜培養初期，取東莞理工學院城市學院中心湖湖水為啟動水源，并采取連續曝氣的方式。曝氣過程中，BOD5、N、P按100∶5∶1的比例投加營養液，并保持SBR池中的COD維持在500 mg/L左右，每天換湖水一次，持續一周[3]。

從第2周開始，本工藝每天按2個周期運行，每個周期包括進水、曝氣、沉淀、排水四個過程，其中進水為模擬生活廢水，此階段連續培養馴化6周[4]。

1.3 模擬生活廢水水質

本實驗用水水質以東莞理工學院城市學院中心湖湖水為原水，通過添加葡萄糖、硫酸銨、磷酸二氫鉀及少量微量元素來模擬生活污水，各指標含量如表1所示。

表1 實驗用水水質（mg/L）

2 結果討論

2.1 工藝最佳曝氣時間

本工藝經過長達8周的培養與馴化，運行穩定。為確定最佳曝氣時間，本實驗取經過不同曝氣時間的混合液，經過1 h的沉淀，取上清液測定其COD的去除率。結果如圖2所示，當曝氣時間達到3 h及以上，COD去除率均達90%以上，效果良好，從經濟角度考慮，本工藝最佳曝氣時間參數確定為3 h。

圖2 曝氣時間對COD去除率的影響

2.2 工藝最佳沉淀時間

以上述確定的最佳曝氣時間3 h為參考，分別測定不同沉淀時間下的出水COD去除率。結果如圖3所示，當沉淀時間達到30 min時，COD去除率達到85%以上，當沉淀時間達60 min時，COD去除率達90%左右，本工藝最佳沉淀時間確定為1 h。

2.3 各污染物去除情況

本工藝以上述確定的曝氣時間3 h，沉淀時間1 h為運行參數，連續運行28天。各污染物的去除情況如圖4所示，在各污染物去除情況中，COD去除率穩定在90%左右；總P去除率波動較大，但基本保持在70%左右；氨氮去除率波動較大，保持在50%左右。因本工藝于2018年12月15日至2019年1月13日期間進行連續運行，此期間東莞氣溫波動較大，出現連續2～3周的低溫天氣，氣溫為9～14℃，是導致本工藝在此期間氨氮和總P的去除率相對較低的主要原因。

圖3 沉淀時間對COD去除率的影響

圖4 各污染物去除情況

3 結論

本工藝在運行過程中，前期生物膜自然培養、掛膜時間短，生長速度較快。絲瓜絡填料上生物相豐富，經過6周的馴化，絲瓜絡填料上出現了大量的污水處理的指示性微生物，如累枝蟲、鐘蟲、輪蟲、草履蟲等。

雖然本系統在連續運行期間氣溫波動較大，出現較長時間的低溫天氣，但COD的去除率一直穩定在90%左右，隨著氣溫的逐步回升，氨氮和總P的去除率在穩步提升，充分說明了本工藝對生活污水有較好的去除效果。

絲瓜絡是一種廉價的植物纖維，用其制作生物膜填料效果良好，并在生活廢水處理過程中，纖維素緩慢地被微生物分解，無需擔心二次污染的問題，值得進一步的研究和推廣。