新型浮岛的水质净化技术研究

(2)对净化效果的影响

在其他条件不变的情况下，提高进水污染物浓度，研究污染物负荷对空心球净化效果的影响。如图6所示，进水COD负荷从平均68. 16增加至151.77 mg / (L填料˙d)，去除率从61. 80%增加至72. 73 %，反应器的浊度也有一定的增加。虽然污染物负荷增加了，但COD的去除率有所升高，是因为COD的去除主要靠异养菌，从不同水质对挂膜的影响实验可知，较多的碳源促进了异养菌的生长。进水氨氮负荷从2. 82增加至4. 22 mg / ( L填料˙d)，去除率从81. 45%增加至87. 21 %，在一定程度上提高进水的氨氮浓度对硝化作用是有利的，进水氨氮负荷继续增加至8. 01 mg / ( L填料˙d)，氨氮的去除率下降至80. 12%，这是由于异养菌与自养菌的竞争所致，较大的COD促进异养菌的生长，硝化菌由于其相对较小的最大比增长速率而在竞争中处于劣势，使去除率有所下降。随着污染物负荷的增加，虽然TN和TP的绝对去除量有所增加，但填料对TN和TP的去除率却随进水浓度的上升呈现明显的下降趋势。这说明对空心球填料的TN和TP有效去除率来说，存在一个合适的TN和TP负荷范围。

2.2.2水温对空心球挂膜的影响

该组实验在低负荷水质条件下进行。该组实验是对比夏季和冬季两组实验的空心球填料挂膜情况。不同温度区间范围，空心球填料生物膜量随时间的变化如表3所示。可以看出，水温对挂膜的影响较大，尤其是挂膜的启动阶段。低水温条件下，反应器挂膜启动所需时间明显延长，在第5天反应器水体才明显可见浑浊现象，比水温20 -22℃条件下延迟了3d。低温条件下生物膜的增长速率也较慢，较高水温下，挂膜阶段生物膜的平均增长速率为0.149 g ˙ /(L填料˙d)^-1，低水温下为0.124 g ˙ /(L填料˙d)^-1。挂膜时间也有所延长，低温条件下达到最大生物膜量相比较多2d。对比2组实验结果发现，其终期的生物膜量差别不大，说明水温虽然影响挂膜过程，但对填料最终的单位面积的生物膜量影响不大。

2. 2. 3 DO对空心球挂膜及净化效果的影响

(1)对挂膜的影响

该组实验在温度为20一25℃、低负荷水质的条件下进行，主要研究曝气所致溶解氧浓度变化对空心球挂膜的影响。如图7所示，不同曝气强度下，空心球挂膜的差异较大。溶解氧浓度维持在3一4 mg / L时，其膜增长速度快，所挂生物膜量大，挂膜良好。理论上，高溶解氧浓度有利于挂膜，但实验结果表明，溶解氧维持在6一7 mg / L的反应器，其挂膜状况较中等溶解氧浓度差，主要是因为高强度的曝气虽然可以促进有机微生物的生长，但不利于微生物向填料表面富集，使填料表面挂膜过程难以启动。而且曝气强度过高，也会导致生物膜松散，易于脱落。溶解氧浓度为0. 5一1 mg / L的反应器填料生物膜量极少，是由于在该条件下，填料表面主要生长的为缺氧膜。由于实验配制水样为微污染水体，硝酸盐浓度较低，不利于反硝化菌的生长繁殖，使该反应器的填料挂膜情况远比另外两组反应器差。

(2) DO对去除COD,NH犷-N ,TN和TP的影响

在填料挂膜成熟后，通过调节曝气时间间隔控制反应器溶解氧浓度分别为5,3,2和0. 5 mg / L ，研究不同溶解氧浓度对COD的降解、氨氮的转化、以及TN和TP去除效果的影响。反应器在水质为低负荷，水温为室温(20一25℃)的条件下运行，每个条件下水质稳定后运行15 d。

1)对COD和氨氮的去除。从图8中可以看出，随着溶解氧浓度的逐渐降低，COD和氨氮的去除率呈现降低的趋势。在4个溶解氧水平条件下，COD的平均去除率分别为63 . 16 % , 61. 10 % , 54. 64%和48. 34 % ,氨氮的平均去除率分别为80. 97% ,81. 45% ,63. 32%和35. 07%。当溶解氧从5降低至3 mg / L时，COD和氨氮的去除并没有受到明显影响，较高的溶解氧浓度利于生物膜内的传质，有利于增加其对COD和氨氮的去除能力，但高强度的曝气也会导致外层生物膜松散和脱落，使填料表面的生物膜量变少。在这2种效应的共同作用下，虽然溶解氧浓度得到了提高，但COD和氨氮去除率并没有明显增加。溶解氧低于3 mg / L时，随着溶解氧浓度的降低，COD和氨氮的去除率呈现明显的下降趋势，溶解氧低至0. 5 mg / L时，反应器中氧气传质效果差，无法满足微生物需求，使填料形成较厚的缺氧层，填料的生物膜变黑。而COD和氨氮的去除主要以好氧菌群为主，所以此时其去除率有明显的降低。

2)对TN的去除。不同溶解氧浓度条件下，总氮的平均去除率分别为34. 82% ,58. 60% ,56. 97%和48. 19%。较高和较低的溶解氧浓度都不利于总氮的去除，溶解氧为2和3 mg / L时，总氮的去除率较高且相差不大。HE等的研究表明，有机填料同步硝化反硝化脱氮过程中，影响硝化的因索主要为氧在生物膜内的传质，充足的溶解氧可以促进COD和氨氮的去除，氧气由于生物膜的消耗而呈现浓度梯度，使内层的生物膜处于缺氧状态，成为反硝化过程的主要场所。溶解氧浓度为5 mg / L时，氧气的传质能力强，不仅悬浮生长的微生物均处于好氧状态，填料表面的生物膜也难以形成一定规模的缺氧层，虽然氨氮可以大量转化为硝态氮，但由于反硝化菌的活性受到抑制，反应器内硝氮大量累积，难以转化为氮气从系统中去除，导致脱氮能力较差。溶解氧浓度为2 mg / L时，虽然氨氮的氧化效率降低，但反硝化效率有所提高，所以总氮的去除率仍维持较高水平。随着溶解氧进一步的降低，氨氮的氧化成为限制脱氮的主要因素，总氮的去除率明显下降。对比氨氮和总氮的实验结果可知，最适宜脱氮的溶解氧浓度为3 mg / L 在CAO等的实验中，也模拟了填料型浮岛，采用了一种柱状悬浮填料，并设置空白组对比了净化效果，其模拟的浮岛对TN的净化效果接近60%，这与该实验的结论吻合。