1 背 景
　　
生物膜水處理工藝是近20年來發(fā)展的一種運(yùn)行穩(wěn)定、能抗沖擊負(fù)荷、經(jīng)濟(jì)節(jié)能、剩余污泥量少并具有一定硝化與反硝化功能的先進(jìn)方法。生物膜反應(yīng)器中的填料是決定生物膜反應(yīng)器污泥處理效率與質(zhì)量的主要因素之一。本文從填料在生物膜污水處理工藝中的作用及水動(dòng)力學(xué)機(jī)理出發(fā)，分析了生物膜污水處理技術(shù)中的填料對(duì)水流流動(dòng)特性、污水處理效率的影響，并選用了一種新型異徑筒填料作為生物膜處理器填料，通過試驗(yàn)取得了良好的污水凈化效果。

2 填料與實(shí)驗(yàn)

2.1異徑筒填料
　　
填料的材料和類型對(duì)生物膜形成的質(zhì)量與數(shù)量、池中水流及氣流(氣泡流)的運(yùn)動(dòng)、生化反應(yīng)的效率以及對(duì)SS的捕獲能力都有重要影響。本文經(jīng)分析研究，選用了厚度為0.015mm的聚苯乙烯制成的異徑筒狀填料。
　　
聚苯乙烯制成的異徑筒填料經(jīng)前期試驗(yàn)表明它掛膜時(shí)間短、效果好。
　　
填料的比表面積大有利于增加生物膜的總量，空隙率高有利于截留和保留大量的懸浮生長(zhǎng)的微生物，并能防止生物反應(yīng)器阻塞和生物載體結(jié)團(tuán)。經(jīng)過測(cè)算，本文所用異徑筒塑料填料比表面積為157m2表面積/m3(每立方米裝8300個(gè)填料)，空隙率達(dá)到97.8%。此種填料對(duì)布?xì)夂筒妓蟛桓�，有暢通的流道，不容易阻塞，而且可�?nèi)外掛膜。
　　
試驗(yàn)中這些填料筒是隨機(jī)地放入生物處理器中的，所以不存在直上直下的通道，水流在異徑筒內(nèi)、外流動(dòng)中都處在與垂直方向有一定角度的繞流流動(dòng)中。在不斷地繞流中，水流速度時(shí)快時(shí)慢，水中懸浮顆粒SS很容易在流速較慢時(shí)被捕集，因?yàn)轭w粒的再起動(dòng)流速要遠(yuǎn)大于沉降速度。本試驗(yàn)中水流平均流速u為0.01～0.02mm/s，6小時(shí)停留時(shí)間u為0.05～0.06 mm/s。對(duì)于粒徑在0.01～0.1mm的顆粒，Stokes沉速v=0.1～1.0mm/s。當(dāng)SS的沉降速度v大于水流上升速度u時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生沉降，可見異徑筒填料有良好的捕集SS功能。
　　
水力條件對(duì)生物膜反應(yīng)器的運(yùn)行及凈化功能有很大的影響。異徑筒填料在池中形成了良好的適合于生物膜反應(yīng)器運(yùn)行的環(huán)境條件。
　　
水力停留時(shí)間是指待處理污水在反應(yīng)器內(nèi)的平均停留時(shí)間，也就是污水與生物反應(yīng)器內(nèi)微生物作用的平均反應(yīng)時(shí)間。本文采用的是推流式反應(yīng)器，污染物濃度衰減方程有：Se=S0•e-kt。從表面上看，延長(zhǎng)水力停留時(shí)間，則出流污染物濃度Se 將降低，但過分延長(zhǎng)水力停留時(shí)間會(huì)影響反應(yīng)器的水力負(fù)荷或有機(jī)負(fù)荷，另外隨著停留時(shí)間t的增加，衰減速率會(huì)逐漸減小，所以t超過某一值后繼續(xù)增加水力停留時(shí)間是不經(jīng)濟(jì)和不可取的。試驗(yàn)證明異徑筒填料在這方面有較好的性能。水流在筒內(nèi)、外交替流動(dòng)并經(jīng)多次繞流，不存在垂直方向的通道，經(jīng)測(cè)定在同一斷面上濃度離差系數(shù) Cv<0.05。所以容易獲得最佳水力停留時(shí)間。
　　
反應(yīng)器中水流剪切力會(huì)對(duì)生物膜產(chǎn)生沖刷并使其脫落，所以作用于生物膜上的水流剪切力直接決定生物膜厚度和生物膜量，對(duì)生物膜反應(yīng)器的運(yùn)行效果有重要影響。本文采用的異徑筒填料的水流基本上屬于管流層流。
　　
運(yùn)行工況下，Re≤100，此時(shí)水流對(duì)生物膜的剪切力完全決定于粘滯性，而與生物膜表面狀態(tài)無關(guān)，即水流剪切力只取決于水溫和流道內(nèi)的流速分布，對(duì)于圓管層流流速分布符合拋物面分布。本文按異徑筒填料最大可能的平均流速u=0.5cm/s考慮，水流剪切力 τ<0.01dyn/cm2，這比大多數(shù)填料要小一個(gè)數(shù)量級(jí)。
　　
所以從水力停留時(shí)間和水流剪切力等水動(dòng)力條件看，異徑筒填料有很好的生物膜反應(yīng)器運(yùn)行水力條件。

2.2 實(shí)驗(yàn)研究
　　
本文采用異徑筒填料在一套微污染河水處理裝置上進(jìn)行了驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)備為有機(jī)玻璃制成的圓筒形裝置，總?cè)莘e為235L，其中初沉-缺氧池為98L，曝氣池為79L，二沉池為33L，消毒池為25L。
　　
各指標(biāo)均用標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定，在每一工藝條件下穩(wěn)定運(yùn)行3天，取其平均值作為分析數(shù)據(jù)。由于異徑筒填料尺度比一般填料大，且屬于各向異性填料，對(duì)氣流有導(dǎo)流和繞流影響，結(jié)果使得氣體在填料層中存在不同的溶解氧濃度，這樣會(huì)出現(xiàn)不同的微生物種群共存。

3 結(jié)果與討論

3.1 停留時(shí)間試驗(yàn)
　　
結(jié)果表明CODCr 去除率隨停留時(shí)間的增加而升高。當(dāng)停留時(shí)間為24h時(shí)，出水清澈，CODCr 去除率接近60%，但生化作用利用率低。當(dāng)停留時(shí)間為16h時(shí)，出水水質(zhì)略差，CODCr 去除率為54.7%，仍低于15mg/L(地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GHZB 1-1999 I類標(biāo)準(zhǔn))。當(dāng)停留時(shí)間縮短為6h時(shí)，CODCr 去除率只有38.2%，出水水質(zhì)明顯下降。因此，綜合考慮各因素，最佳停留時(shí)間為16h。

3.2 生物膜狀態(tài)及其脫落
　　
在運(yùn)行試驗(yàn)中，系統(tǒng)的污泥產(chǎn)率很低且穩(wěn)定在0.16左右。運(yùn)行中生物膜幾乎保持動(dòng)態(tài)平衡。在初沉-缺氧池中生物膜外觀呈灰黑色，結(jié)構(gòu)密實(shí)。在曝氣池內(nèi)的生物膜成黃褐色，有較明顯的泥腥味，進(jìn)水處生物膜極厚，出水處生物膜較薄。填料層中還發(fā)現(xiàn)硝化和亞硝化細(xì)菌，以及不同種群的微生物，說明曝氣池也運(yùn)行良好。

4 結(jié)論
　　
(1) 采用聚苯乙烯制成的異徑筒填料，在生物處理器池中具有良好的掛膜性能。
　　
(2) 異徑筒填料能在生物處理器池中形成良好的水流條件，有利于固體懸浮顆粒SS的捕集，提高污水與生物膜的反應(yīng)效率以及減小水流剪切力維持生物膜的穩(wěn)定、保持動(dòng)態(tài)平衡。
　　
(3) 異徑筒填料尺寸較大，且有導(dǎo)流作用，氣體在填料體中傳輸會(huì)形成不同的溶解氧濃度，有利于同一主體設(shè)備中共存不同微生物種群，提高凈化效果。
　　
(4) 整個(gè)系統(tǒng)處理效果良好，在停留時(shí)間為16h時(shí)，微污染河水的CODCr 、BOD5 、NH3-N 、SS去除率可接近55%，70%，75%，80%，整個(gè)系統(tǒng)出水水質(zhì)穩(wěn)定，污泥產(chǎn)率低。

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