污水处理生态滤床工艺研究

1. 3 生物陶粒过滤器

生物陶粒过滤器(biological ceramsite filter,BCF)的尺寸为高320 mm,直径32 mm,由玻璃制成,采用下进上出的方式进水,调节温度的循环水由下进上出,取样处及测温处均在上出水口。采用高位水槽形成的压差对BCF 进行供水,调整入水口大小来控制进水速度,通过1 台循环水浴对BCF 内的原水进行调温。

BCF 中填入直径为22 mm 的铁石筛网作为承托层。铁石筛网分布于装置的入水及出水口55 mm处,陶粒填料层高为210 mm。筛网不仅可以作为承托层来防止陶粒由于水流冲刷堵塞入水及出水口,还能够对水流进行分流,与陶粒接触均匀,使挂膜更完全。BCF 过滤器如图3 所示。

1. 4 原水水质

BCF 的进水取自天津科技大学(TUST)人工湖,学校人工湖湖水参数如表1 所示。

1. 5 探究不同温度下BCF 对原水处理效果

BCF 运行方式为连续进水,每天运行9 h(09:00—18:00)。拟定BCF 原水流速为0. 07 mL˙s - 1 ,其中装有35 g 疏浚底泥免烧陶粒,通过恒温水浴回流来调节BCF 中原水的温度,使得温度为20、30 及40 ℃ 。

每天采集出水水样,测试其COD、NH3 -N、SS 及TP,实验过程持续25 d。检测各项指标去除率,得出去除效果最优时的实验温度。

COD 采用GB 11914-1989 规定的重铬酸盐法测定,NH3 -N 采用凯氏定氮仪法测定,SS 采用GB 11901-1989 规定的重量法测定,TP 采用GB 11893-1989 规定的钼锑抗分光光度法测定,浊度采用WGZ-500B 型浊度计测定。

1. 6 探究不同滤料对原水的处理效果

采用DSUC、MUC 及CSC 作为BCF 的滤料,在最优温度下连续进水运行,每天运行9 h(09:00—18:00)。每天采集出水水样,测试其COD、NH3 -N、SS 及TP,实验过程持续25 d。检测各项指标去除率,比较3 类陶粒对原水的处理效果。

2 结果与分析

2. 1 陶粒滤料基本物理性质

陶粒滤料外观形貌如图4 所示,可以看出DSUC 与CSC 颗粒大小均匀,MUC 颗粒不规则,三者颜色有明显差异。陶粒滤料基本性能如表2 所示,可以看出3 种陶粒的粒径及堆积密度均处于同一数量级,DSUC 与MUC 的筒压强度相同为5. 00 MPa,单颗强度MUC 提高了1. 2% ,而CSC 较DSUC 筒压强度提高34. 0% ,单颗强度提高61. 8% ,主要原因是烧结过程能使陶粒更为致密,强度较免烧陶粒更高,而本文所制备的DSUC 筒压强度为CSC 的74. 6% ,单颗强度的61. 8% ,与烧结陶粒相差较小,陶粒单颗强度为随机取样30 颗所测值的平均值。MUC 和CSC 由于表面孔隙更多使得吸水率大于DSUC,MUC 经过磁改性而使表面有弱磁性;但其表层为涂覆材料,因此在水流冲刷和搅拌时更易脱落,质量损失率高于DSUC 与CSC,而DSUC 的水流冲刷和搅拌时质量损失率较CSC 分别增加了0. 8% 和14. 3% 。

2. 2 DSUC 在不同温度下对原水处理效果

2. 2. 1 对COD 的去除效果

图5 是DSUC 在不同温度下COD 的去除情况。

可以看出,前8 d 陶粒在不同温度下对COD 的去除率均小于28% ,这是由于陶粒表面的微生物处于生长期,其表面的生物膜不成熟且微生物含量少,对COD 去除率低,此时COD 的去除主要依靠陶粒表面的多孔结构而具有的吸附能力。

在第9 ~ 20 天时,COD 去除率显著提高,在30℃ 时,COD 去除率优于20 ℃ 与40 ℃ ,在第20 天时达到54. 2% , 而在20 ℃ 及40 ℃ 时为48. 9% 和41. 5% 。说明30 ℃ 更适合微生物的繁殖,在此温度下,微生物降解有机物的能力高于20 ℃ 和40 ℃ 。