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摘要：将微电解和生物流化床工艺相结合，探索一种新的工艺———微电解生物流化床，并通过实验研究得出了该工艺的最佳运行工艺参数:水力停留时间为2h，曝气量0.024m3/h，进水pH6.5，载体浓度3%，铸铁屑颗粒粒径0.074～0.154mm，活性炭颗粒粒径0.154～0.28mm。针对CODCr为400mgL时的实际生活污水，其CODCr去除率为96.1%，比普通活性污泥流化床高4.3%，水力停留时间缩短3h。当进水CODCr在400～700mgL变化时，微电解生物流化床CODCr去除率变化幅度为11.0%，其抗冲击负荷能力是普通活性污泥流化床的3.35倍。基于此，本文主要对微电解生物流化床技术在生活污水处理中的应用进行分析探讨。
关键词：微电解；生物流化床技术；生活污水处理；应用
前言
微电解生物流化床是在生物流化床和微电解法基础上，将内循环三相好氧生物流化床与微电解工艺相结合的一种处理生活污水的技术。反应器设计为内循环三相好氧生物流化床，载体采用铸铁屑和活性炭颗粒，菌种取自污水处理厂二沉池回流污泥，采用动态连续进水模式，以挂有生物膜的铸铁屑和活性炭为载体，充氧流化，通过铸铁屑和活性炭的微电解作用和微生物降解作用来处理生活污水。
1、实验
1.1制备与挂膜实验
根据工艺要求，确定微生物载体为铸铁屑和活性炭颗粒。实验用铸铁屑含炭量为3.5%，密度为7.5gcm3，活性炭密度为1.8gcm3。因实验要求载体挂膜容易、易于流化，且所用的铸铁屑和活性炭颗粒的堆积密度要接近，故本实验对原铸铁屑和活性炭进行磨矿分级后并对各粒度级产品进行密度测定后，初步确定实验用铸铁屑粒度为0.043～0.074mm，活性炭粒度为0.154～0.28mm。分别量取一定量铸铁屑和活性炭颗粒以及静沉后活性污泥500mL，加入到流化床中，调节曝气量使载体达到最佳流化状态。在进水CODCr分别为200mgL左右(5d)和400mgL左右(9d)，水力停留时间(HRT)为5h，曝气量为0.015m3/h，pH值为6，载体浓度3%条件下进行载体挂膜试验。第5d CODCr去除率达到81.7%。第6d提高进水CODCr为400mgL，出水的CODCr去除率下降到72.3%，第14d达到89.0%。载体表面上附着一层黑褐色薄膜，观察生物相有钟虫和累枝虫出现，载体挂膜成功。
1.2生物膜特性参数
微电解生物流化床生物膜总量为13.2032g，生物浓度为8.252gL，说明载体挂膜良好。微电解流化床的泥龄为34.1d。生物膜量测定结果见表1。
表1 生物膜量的测定结果
生物膜厚度采用直接显微镜测定法测定。分别测取生物膜厚度后取其平均值，得到挂膜后的生物膜厚度。通过测量可得活性炭颗粒所挂生物膜的平均厚度为25.75μm、铸铁屑颗粒所挂生物膜的平均厚度为52.25μm。铸铁屑颗粒所挂的生物膜厚度是活性炭颗粒所挂的生物膜厚度的2.03倍。
出现这种现象的原因是由载体的微电解性质决定的。当铸铁浸入水中时就构成了成千上万个细小的原电池，纯铁成为阳极，炭化铁及杂质则成为阴极，发生电极反应，即微观电池。当体系中有活性炭等宏观阴极材料存在时，又可以组成宏观电池，在铸铁屑和活性炭颗粒组成的宏观电池中，铸铁屑失去电子，充当阳极，而活性炭充当阴极，将在其周围产生一个电场，微生物胶体多数带负电荷，当这些胶体处于电场下时将产生电泳作用而被富集在铸铁屑的周围，废水中其他带正电荷的胶体则富集在活性炭颗粒的周围。这一现象恰好验证了微电解电池的电化学富集作用。
1.3工艺参数优化试验
在载体挂膜成功后，对HRT、曝气量、pH值、载体浓度、FeC比、载体粒径6个工艺参数进行优化，以获得微电解生物流化床的最佳运行参数。
1.3.1水力停留时间
HRT的长短决定了微生物降解作用和微电解作用的时间长短。本实验采用的HRT分别为1.5、2、2.5、3、4和5h，通过测定出水CODCr，计算出不同HRT下的CODCr去除率，从而确定最佳的HRT，随着HRT的延长，出水CODCr去除率呈现出先升高后降低的特点。因为微生物降解作用和微电解作用都随时间的增加而作用充分，但微电解作用造成了铸铁屑消耗量增加和结渣，使出水CODCr去除率降低。当HRT分别为2h和5h时，CODCr去除率相差不大，从降低能耗的角度考虑，确定2h为最佳HRT。
1.3.2曝气量
本实验中在考虑流化状态和处理效果的前提下，初步确定0.015m3/h、0.024m3/h、0.06m3/h、0.1m3/h四种曝气量，进行单因素试验。随着曝气量的增加，CODCr去除率先增加后降低，并且在曝气量为0.024m3/h时达到最大值91.9%。其原因是，当曝气量小的时候，由于流化床内有载体的存在，流化速度低，处理效果不好；曝气量太大，则流体紊流过快，进水不能充分反应完全，因而去除率也低。当在曝气量为0.024m3/h时，流化床内液体流化均匀，速度适宜，出水CODCr最低，因此，可以得出微电解生物流化床的最佳曝气量为0.024m3/h。
1.3.3pH值
为保证微电解的酸性条件，确定pH值变化范围为5.0～7.0。随着进水pH值的增加，CODCr去除率先增高后降低，并且在pH为6.5附近达到最大值93.2%，同时因为载体上附着的生物膜的最佳活性是在中性范围，因此确定微电解生物流化床的最佳运行pH值为6.5。
1.3.4载体浓度
首先在床中加入铸铁屑和活性炭各32mL，微电解生物流化床的载体体积浓度为4%，加入一定量的活性污泥，重新挂膜。挂膜成功后，测出水CODCr后，再将载体量分别减少至3%、2%、1%，运行相同时间，分别测出水的CODCr，由此来判别最佳载体浓度，当载体浓度为3%时，其值最高为93.2%。原因是当流化床内生物浓度和载体浓度低时，微生物降解和微电解反应不完全，出水CODCr高，去除率低。当载体的浓度增加，相应的反应效率高，去除率升高。但是载体浓度较高时，载体不易流化，反应不充分，去除率反而降低。故载体浓度为3%为最佳值。
1.3.5 FeC比
试验选择了铁屑与活性炭堆体积比分别为0.5∶1、1∶1、1∶2，结果表明，当载体堆体积比为1∶1时，出水的CODCr去除率最高，达到86.8%，因此确定最佳的运行载体铁炭体积比为1∶1。
微电解生物流化床在HRT、CODCr去除率、生物浓度、泥龄、耐冲击负荷能力等方面的性能都优于普通活性污泥流化床。因为对于微电解生物流化床来说，除了微生物降解作用以外，还发生着氧化还原反应、原电池反应、电化学附集、物理吸附、铁的混凝作用、铁离子的沉淀作用等反应来提高其污水处理能力。
2、结论
实际生活污水应用实验表明，微电解生物流化床比普通活性污泥流化床在处理效果、处理效率以及抗冲击负荷等方面具有明显的优势，且其占地面积小，具有一定的推广和工业应用价值。
参考文献：
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[2]马金霞，王世和，沈倩宇膜生物流化床除污效果研究[J].中国给水排水，2007，23(15):73-75.
论文作者:韦菊阳
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第26期
论文发表时间:2018/12/18
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