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详细内容

酶促填料与某些多孔填料挂膜特性对比试验研究

酶促填料与某些多孔填料
挂膜特性对比试验研究
 
龙腾锐郭劲松成一知
 
提要     对酶促填料、陶粒和高炉渣!种多孔填料的小型动态对比试验研究表明:酶促填料比陶
粒和高炉渣挂膜迅速、微生物生长快、附着生物量大;且具有有利于结构致密的菌胶团及絮凝性能良
好的微生物生长的特性,是一种理想的水处理生物载体填料。
关键词      酶促填料      多孔填料      挂膜特性
 
前言
在废水及微污染水的处理工艺中,生物膜法是
一种高效处理工艺。填料作为该工艺的核心部分,
其性能直接影响和制约着工艺的处理效率。较好的
生物学特性是填料作为生物膜反应器内微生物载体
所应具备的主要性能&
本试验选取酶促生物填料、炼钢废弃物———
炉渣以及普通陶粒!种多孔填料,以重庆市渝北区
城南污水厂的城市污水为试验污水,进行了常温下
的缺氧挂膜试验,比较了酶促填料与其它两种多孔
填料的挂膜特性。

试验材料与方法
试验装置
试验滤柱由有机玻璃制成,其内径为&%%))

 
 
 
填料名称有效孔

 
 
 
有效

&   试验装置流程
#     填料物理特性
松散 促进剂氦密度        空隙率

 
 
 
平均 每克填

填料层厚#%%)),总有效容积为*(+#,。共设置!

表面积孔容

容重

含量/), 0

粒径 料所含

组相同的装置,分别装填陶粒(!")、某钢铁公司的
工业废弃物———高炉渣(#")及酶促填料($")。

陶粒

)/),/ /), &//

1)

颗粒数

以上三种填料粒径均为-%&%))。试验滤柱各部
分主要尺寸见表&,试验流程如图&所示。
"    试验装置主要参数

!" %(&%’*%(%*!’%(.#"
高炉渣
#"%(%&+!%(%-!#&(&+*
酶促填料

 

’(!%% +&(+%(!!*       +
 
!(&.. +#(*%(!!!          !

     
配水区
填料层
沉淀区
保护高度
总计

高度/))
’%%
#%%
&-%
-%
&%%%

有效容积/,
&(-*
+(*&
&(&.
 
*(+#

$" %(&.#&%(&.#&%(#-!’-      ’(+.* ++(#%(!!"         -
物处理中厌氧微生物的大小一般为%(-%&2%&),为
有利于**在填料表面的附着生长,填料表面的微
孔尺寸应当在保证**自由出入的同时,还留有供
细胞与基质之间扩散和交换的空间。因此本文所

&(’      填料基本物理特性
!种填料的物理特性如表所示。废水厌氧生
 
!国家九五科技攻关子专题资助项目("#$"%"$%&%’$%&)部分内
容。
统计的填料有效孔表面积和有效孔容均为***小
尺寸倍以上(即"&%&))的微孔所对应的部分填
料总孔表面积和总孔容。
&(!      污水水质

!!        给水排水 "#$%!& ’#%( !)))


 
 
挂膜初期(!!!"#)采用重庆市城南污水厂初沉
池出水与化粪池污水混合液($"污水),挂膜后期
!%!&%#)的试验污水采用初沉池出水("污水),
两种污水的水质指标见表(。试验阶段进水)*+
变化见图&
!     试验污水水质

 
 
 
 
接种污泥分成(等份,每份加入$"污水并配成混合
液浸没反应器中的填料,静态接触&"A后连续进水,
连续运行"5A后将悬浮污泥排出,镜检发现#"
料表面已出现生物膜附着特征。启动初期采用$"
污水,运行!6#后逐步降低进水 )*+ 浓度,*终采
"水。再!%# )*+

指标     )*+),
-./

00
-./

12(31
-./

1*!331
-./

碱度
-./

42

%6B,同时对填料进行微生物镜检,发现酶促填料表
面已形成较为稳定的生物膜,说明填料已挂膜成功,

$"污水5(&!!6%7(7"!%!!"789!%78(         —     &9:!"!%786!78"
"污水       !:%!&"% 79!&6:&"8:!((8%58%!!&8%&(9!"&7:85!78&

而陶粒和高炉渣分别还需运行&"#(6#才完成挂
膜过程。
!      试验结果与分析
(8!       试验结果
试验测试结果列于表%,填料的挂膜情况见图
(,表:及图 " 反映了挂膜率沿填料高度的变化情
况,试验结束时对(种填料进行了电镜扫描观测,陶
粒和酶促填料生物膜照片见图%,试验期间滤柱的
各项管理指标见表7
$试验测试结果

&   试验期间进水 )*+变化

编号 )*+去除率   平均1*(331 开始挂膜时间

*大挂膜率

膜厚

!8"      接种污泥

B

去除率/B

#

.00.填料

$-

城南污水厂活性污泥处理系统的间歇曝气池有
良好的有机物去除效率和脱氮效果,兼氧菌活性高、
繁殖较为迅速,在重力浓缩池的缺氧环境中厌氧与
兼氧微生物得到进一步增长,用这种污泥接种可为
缺氧状态下的快速驯化挂膜打下良好的基础。因
此,本试验采用城南污水厂重力浓缩池中的污泥作
为反应器接种污泥。污泥浓度!%8!7./;0000
68%&,每组装置的接种污泥量约为!896/
!8%      测试项目及方法(
测试项目及方法列于表"
"    测试项目及方法
项目        测定方法       频率     项目            测定方法         频率

%"&%8(!::8!             %"8:
&"&68!!(78&           (%85
#"&78:!7%8"            :"8%

%
%
(

686"%&   7785
686&5(    :%8(
6867:(      !6:8"

)*+   美国 2$)2测试仪 !次/#               生物相              光学显微镜镜检(次/<</span>
+*       =0>型溶氧仪 !次/#   碱度         中和滴定法           !次/#
?/00            标准重量法        &次/< 1*(331                    戴氏合金法          !次/<</span>

 
 
填料号

(   填料挂膜情况
%不同填料高度的挂膜率
填料高度/--
6            !%6          (66

 
 
:66

?/;00             灼烧减量法&次/< 12(31                          纳氏试剂比色法&次/<</span>

%"

686"(%    686((!      686&79    686!6:

42

42

!次/#   温度   *小刻度68!@温度计!次/#

&"

686&77   686&&%        686!%:     6866:&

注:<</span>为周。
#     试验过程

#"
注:单位为.00.填料。

6867""     686:9&     686%96   686&&(

本试验采用快速排泥法"挂膜。将驯化好的
 

(8&     试验结果分析

!!"#"                                 
 
 
 

 
阶段

指标

时段
!

"#$
%

有机负荷
&’()*/(+,!

-"

(.(),碱度
+’/

挥发酸
+’/

溶解氧
+’/

水温
0

挂膜静置期
 
挂膜流动期

1!,
2!13
11!45
15!23

673
 
873

4953!,93:
39;4!49:4
39;3!39:6

;93!;92
;93!;9,
896!;95
898!;94

,38!24,
4:8!256
455!241
4,:!24:

;2!:8
54!1,,
46!61
,1!68

 
391!39

1:!45
 
1:!4;
4,!,1

注:由于高炉渣的成份中以 (.)为主的金属氧化物占,3<</span>以上,因而在试验过程中使"#滤柱内-"太高(*高时-"值达到:75以上)。
影响微生物附着的关键因素。
,747171         孔表面积对填料挂膜的影响
填料丰富的内表面为微生物提供了附着的场所
和相对稳定的内部空间。因此,填料的孔表面积是
影响填料挂膜和滤柱启动的重要因素8。由表4
知,酶促填料($#)的有效孔表面积是陶粒(%#)的
1763倍,是高炉渣("#)的 1,73倍,从而使酶促填
料具有明显优于另外两种多孔填料的微生物附着特

2    微生物量随反应器高度的分布情况
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5   填料生物膜照片
,7471 ,种填料的挂膜特性分析
微生物在填料表面的附着受填料表面特性、微
生物特性及周围环境等诸多因素的影响,良好的挂
膜特性是废水生物处理填料应具有的重要性能5
填料的孔表面积、表面粗糙度、生物生长促进剂等是
 

性。
1)酶快。
$#填料表面于试验开始第,!挂膜,第45!生物膜
厚度便已达到*大值;而%#"# 填料到第5!镜检
时才出现生物膜附着特征,且生物膜达到*大厚度
的时间比$# 填料分别长:!15!
4)酶促填料表面微生物生长状况比另外两种
多孔填料好。从表,所示,组滤柱对有机物的去除
效果来看,挂膜期内$#滤柱的*大 ()*去除率比
同一%# :75<</span>,比"#
4:71<</span>;另外,$#滤柱还有着明显优于另外两组滤
柱的脱氮能力。挂膜期间,$#滤柱的=),>>=
除率分别比%#"#滤柱的高:7:<</span>467;<</span>
,)酶促填料表面生物膜厚度比陶粒和高炉渣
大。根据表 5所示试验结果,$#填料上的*大生
物膜厚度分别为%#"# 填料的17,; 倍及178,
倍。
,747174        表面粗糙度对填料挂膜的影响
微生物本身具有非常大的孔表面积,容易受到
来自界面之间的相互作用。载体的表面粗糙度越
大,对微生物的捕捉能力也就越强;,所以填料的表
面粗糙度是形成初期生物膜的主要影响因素。图8
为陶粒和酶促填料净表面的电镜照片。
从图8电镜观测结果可以看出,酶促填料表面



 
 
孔隙发育比普通陶粒好,具有更大的表面粗糙度。
!" 滤柱中,由于表面粗糙度较大的酶促填料对
水流具有更强的重分布能力,使滤柱内水流对生物
膜的剪切力减小,同时也为微生物与基质之间的混
合和接触创造了有利的内环境,促进了生物膜在填
料表面的积累。根据表!及图"显示的试验结果,
!"滤柱上部填料的挂膜率分别为#"$"滤柱的
#$%&倍及’$!&倍。其底部填料的挂膜率为 #"
柱的%$(% 倍,是$" 滤柱的#$!) 倍。上述试验结
果充分体现了酶促填料优于另两种多孔填料的微生
物附着性能。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
!     填料净表面照片
’$#$#      不同填料表面的生物膜性状
挂膜试验结束时观测到,陶粒表面的生物膜为
黑色;高炉渣表面的生物膜较为稀薄,呈灰黑色;酶
促填料表面的生物膜呈棕黑色绒状。对种填料进
行的电镜扫描观察结果显示:种填料上均以球菌、
杆菌等为优势菌种。陶粒上的生物膜较酶促填料
薄,菌胶团大而稀薄,观测过程中偶尔可见到裸露的
陶粒表面;高炉渣上附着的生物膜更为稀薄,独立的
菌胶团遍布其表面;酶促填料表面完全被生物膜所
覆盖,生物膜结构致密,以菌胶团为主,这种结构不
 

 
 
仅对微生物自身具有保护作用,而且能增强生物膜
对水中有机物的吸附氧化性能;微生物中以单球菌、
杆菌为优势菌种,填料间隙的微生物也以上述菌群
为主,这类微生物种群具有良好的絮凝性,提高了反
应器持留生物固体的能力,从而为高负荷处理低浓
度有机废水提供了优越的生化反应条件。
!      结论
%)在常温下以城市污水为试验污水,对陶粒、
高炉渣和酶促填料的缺氧挂膜对比试验研究表明:
酶促填料因其较大的有效孔表面积和表面粗糙度,
有着比陶粒和高炉渣更为良好的挂膜特性。酶促填
料表面在试验开始后第 ’*出现生物膜附着特征,
#+*完成挂膜,挂膜成功的时间比陶粒快)*,比高炉
渣快%+*;其*大生物膜厚度分别为陶粒、高炉渣的
%$’(倍和%$!’ 倍,因而在相应填料层高度上的微
生物浓度较高。
#)酶促填料有利于以球菌、杆菌等为优势菌种
的菌胶团附着生长,从而可形成对水中有机物具有
良好絮凝、吸附和氧化性能且结构致密的生物膜,为
高负荷处理低浓度有机废水提供了良好的条件。
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