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水处理用悬浮载体填料行业标准解读与投加量设计探讨

北极星环保网来源:中国给水排水 吴迪2017/8/31 9:57:48我要投稿
所属行业: 水处理  关键词:MBBR工艺 市政污水 工业废水

可见,载体生物量与表面积存在密切关系,载体的有效生物膜面积越大,相同体积载体内的生物量越多。整体上,VSS为8.6~12.5g/m2,与文献报道(见表3)基本一致。

表3不同培养方式下悬浮载体生物量

市政污水

综合表2及表3可以看出,单位面积生物量受培养条件影响较大,有机物氧化>硝化>反硝化。一方面,与相关功能菌群的产率系数有关,如硝化菌群产率系数低,产泥量少;另一方面,受生物膜动态更新影响,如虽然反硝化菌群泥龄短,产率大,但反硝化过程产气也加速了生物膜更新。同时也应指出,生物量测定也存在一定问题,处理后载体上仍有残留物,会造成一定误差(4%~8%)。因此,采用载体生物量折合成污泥浓度,再按活性污泥法设计具有一定局限性,难以真实反映工艺处理性能。

为进一步验证,参照《行业标准》进行了载体硝化负荷的测定,结果如图1及表4所示。测定条件:温度为20℃,进水氨氮为(55±5)mg/L,在20L反应器、载体填充率为30%时按SBR运行,控制DO为4~6mg/L,每隔1h取样测定,直至反应器内氨氮<5mg/L。

市政污水

图1不同来源悬浮载体硝化速率测定

表4不同来源悬浮载体硝化负荷

市政污水

从表4可以看出,若按折合的污泥浓度核算污泥负荷,不同污水厂载体的污泥负荷与容积负荷相差较大,这说明采用折合污泥浓度进行载体量设计并不科学;由于同一污水厂不同有效比表面积载体单位面积微生物量相差较小,核算的污泥负荷差别不大,但因载体有效比表面积不同,容积负荷与有效比表面积成倍数关系。

研究同时发现,虽然各污水厂培养方式有所差别,但载体的表面负荷差别较小,相对稳定。可见表面负荷对于MBBR具有重要理论与实践意义。由于生物膜分层分布,传质依赖于基质浓度梯度,而DO穿透能力一般不超过200μm,若生物膜增厚,虽然表观生物量加大,但由于内层基质供给不足,并不能提高处理效率,这部分由于生物膜增厚所带来的生物量增长不能提高处理效率;而表面积的增大,尤其是能够满足微生物富集生长及良好传质的有效表面积的增大,可直接提高处理效果,是载体投加量设计的重要依据。

综上,悬浮载体投加量设计不应采用测定载体生物量、折合污泥浓度、按污泥负荷方式设计,而应该采用表面负荷设计。在实际工程中,由于多种因素影响,15℃时生活污水一般表面负荷为0.4~1.2gN/(m2˙d),表面负荷的影响因素包括温度、DO、有机负荷、基质出水浓度、pH值等,设计时应综合考量这些因素对表面负荷取值的影响,可根据经验或现场试验确定。建议相关部门尽快出台设计标准,明确设计依据。

3悬浮载体有效比表面积

悬浮载体投加量以表面负荷作为设计参数,由其计算出的结果为表面积,选择不同类型的悬浮载体,因有效比表面积不同,必然会有不同的载体量。可见,有效比表面积的准确确定具有重要意义。

比表面积与有效比表面积的差别在于,有效比表面积考虑了微生物实际传质及富集状态。载体在反应器中运动,会相互摩擦撞击,在载体外缘微生物难以挂膜,这部分不能作为有效比表面积。同时,理论上,悬浮载体内部可不断细分,比表面积可以不断做大,但若对应的表面积不能实现基质的良好传递,这部分也不能作为有效表面积。

在《行业标准》中确定了采用理论计算法确定载体的有效比表面积。理论计算法,即计算单个载体的有效比表面积,按几何尺寸分块计算,再根据最小堆积个数进行有效比表面积的测算。如SPR-Ⅰ悬浮载体,尺寸为25cm×10cm,自然堆积单方个数>116000个,单个载体有效表面积经分块计算总和>3900mm2,有效比表面积>450m2/m3。

实践中,由于载体细微尺寸的测定对最终结果影响较大,应注意各部分的准确测量,以实际测量结果为准。同时《行业标准》中,并未明确最小堆积个数的测算方法,实际操作中可以采用人工计数法或称重法。

SPR-Ⅰ最小堆积个数共测定16次,在0.975置信水平下,载体数量为(116629±203)个;同时进行了称重法测定,在0.975置信水平下,载体数量为(116695±480)个,两种方法并无显著性差别。人工计数法相对准确,但工作量较大,实践中不易实现;称重法,随机抽取一批载体样本,测定单个载体平均质量,根据单方自然堆积载体总质量,计算出载体个数,虽易于实现,但应考虑抽取载体样本的代表性,防止抽样误差。

同时,《行业标准》对典型载体的规格尺寸、图样及有效比表面积做出了界定,为有效比表面积的确定提供了依据,与图样相同或类似的载体,可直接参照图样确定有效比表面积;未包含在图样中的载体,可选择接近的1~2种图样类比,确定有效比表面积区间,判定相关计算的准确性。

延伸阅读:

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