沸石介质对生物曝气滤池废水处理的影响外文翻译资料

 2023-01-04 11:41:01

沸石介质对生物曝气滤池废水处理的影响

原文作者 Won-Seok Chang, Seok-Won Hong *, Joonkyu Park

单位 韩国科学技术研究院，韩国首尔130-650，清远市邮政信箱131号

摘要：应用生物曝气滤池(BAF)处理纺织废水。对两个实验室规模的生物过滤器的性能进行了7个月的监测来比较天然沸石和沙子作为介质的效果。在有机负荷从1.2至3.3kgCOD /m3天变化的情况下，由天然沸石和沙作为填料的生物过滤器的总化学需氧量(COD)分别减少88%和75%。天然沸石生物滤池中脱氮量较高的原因是其离子交换容量为NH4 。细胞计数结果表明，天然沸石中的生物膜内硝化细菌数量高于沙子中的数量。在每天装载条件为1-3公斤SS/m3的情况下，两种生物过滤器都能去除约97%的悬浮固体(SS)。以天然沸石为填料，对12立方米/日的纺织废水进行处理，并进行了5个月的监测。在水力负荷为1.83立方米/ m2h下，该系统能够去除99%的生化需氧量，92%的COD，74%SS和92%T-N。在较高水力负荷(2.3立方米/m2h)和较低温度(4 -10°C) 下运行会降低T-N的去除效率，同时减少有机质的影响。由于天然沸石其吸附能力较好，因此在生物滤池中去除颜色(平均78%)是有效的。copy;2002爱思唯尔的科学有限公司版权所有。

关键词：曝气生物滤池；纺织废水处理；天然沸石

1．介绍

生物曝气滤池(BAF)是一种随曝气而在正常运行时静止不动的生长过程。这些工艺的最初目的是为碳氧化和固体过滤。近年来，一些使用BAF的技术被开发出来用于处理屠宰场的废水，以及来自纸浆和磨坊工业的废水[1,2]。

BAF过程有许多主要的优点，这为该技术在几个领域的适应提供了好处[3-6]。在BAF的惰性颗粒介质上附着生长，使得活性生物量的浓度比悬浮生长活性污泥系统高得多，因此可以减少反应器的大小。此外，介质中的悬浮固体(SS)可以被介质捕获，这就消除了单独二级过滤的要求。总的来说，这使得需要的空间只为活性污泥工艺的占地空间的三分之一

随着BAF技术被应用到工业废水处理中，颗粒介质的选择在维持大量活性生物量和多种微生物种群中发挥着重要作用。使用具有吸附作用的介质，可以实现生物去除和吸附结合的方法。有研究报道过使用活性炭作为城市污水处理介质同时具有生物降解和吸附的有益方面[7-8]。

纺织工业的废水是一种难以令人满意地处理的废水，因为它们在成分上是高度可变的[9]。纺织废水最臭名昭著的特点是颜色很浓。如果处理不当，由于浊度和污染强度的增加，颜色会对水生环境造成显著的负面影响。处理纺织废水的传统技术包括生物、物理和化学方法的各种组合[9,10]，但这些方法需要较高的资本和运营成本。

本文介绍了BAF以天然沸石为填料对纺织废水处理的应用。天然沸石具有吸附有机物质的能力，也可用于离子交换，例如NH4 [11]。对纺织工业废水进行了实验研究，并观察了分别为以天然沸石和沙为填料的生物滤池的性能。此外，还介绍了填充天然沸石的BAF试验装置的实验结果。

2．材料和方法

2.1．废水的特点

实验室实验用的废水来自韩国首尔的J纺织厂。纺织工业用的纤维可以分为天然纤维和人造纤维两种。天然纤维有主要两种，分别是羊毛和棉花。后者则有聚酯、尼龙、聚丙烯酸和聚酰胺。从1998年3月到9月，每月用20升塑料容器、收集原纺织废水样品，这些塑料容器已经用蒸馏水冲洗过，并在实验过程中保存在冰箱中（5℃以下）。 表1总结了纺织废水的特点。

表 1 供给实验室规模BAF的纺织废水的特性 表 2 纺织废水在中试BAF的特性

Parameter

Range (mg/l)

Average (mg/l)

COD

830–1050

920

BOD5

320–460

390

TKN

86–145

115

NH -N

54–84

69

4

SS

540–980

760

Alkalinity

330–390

360

Parameter

Range

Average

COD (mg/l)

1860–2490

2150

BOD5 (mg/l)

1350–1910

1630

SS (mg/l)

45–93

63

T-N (mg/l)

62–90

72

Colorimetry (CU)

560–928

740

表2显示了在韩国T纺织工业园区安装的试验工厂的纺织废水成分。来自几家染整厂的纺织废水在均衡储罐中混合在一起。大约70%的废水是由涤纶减重过程产生的。混合废水主要用氯化铁和聚合物进行处理。化学混凝后，处理后的纺织废水被储存在第二个平衡罐中。

2.2．反应器

实验室规模的BAF反应器由丙烯酸制成，如图1所示。反应堆高度为33厘米，矩形截面为18厘米(长)，12厘米(宽)，工作容积为2.8L，其中一层为天然沸石，另一层为沙。所有填料都通过5times;8网(2.36-4.0毫米) 筛分。水力流量控制在0.35-1.56m3/m2h范围内。定期对生物过滤器进行回洗以除去积聚的SS和产生的过量生物质。反冲洗顺序包括空气冲刷，然后是同时空气冲刷和水回流。反冲洗空气的应用速率为4L/min。

图 1实验室规模的BAF示意图

一个广泛的实验室规模的实验计划使得了一个试点规模的BAF系统的开发来有效地处理纺织废水。处理12立方米/天的试验装置的截面面积为1.05m2，高3m(体积3.15m3)，由钢制成。空床体积为2.0m3，装有天然沸石，其比重为1.42。在反应器中放置了一个渗滤板，以支持填料，并分散反冲洗水和空气。反冲洗序列与实验室实验相同，并使用微处理器和自动化值自动控制。废水被收集在一个储罐中，以提供反冲洗水。试验装置的示意图如图2所示。

图 2中试规模BAF示意图

2.3．分析方法

从1998年3月至1999年2月每周收集一次样品用于实验室和中试BAF的进水和出水。 根据标准方法分析化学需氧量（COD），生化需氧量（BOD），SS，总凯氏氮（TKN）和亚硝酸氮（NO2-N）、硝酸氮（NO3-N）。此外，进水和出水的颜色使用ADMI三刺激过滤器方法[12]确定。在实验期间常规监测温度，溶解氧（DO）和pH。

2.3.1．硝化细菌数量统计

在生物过滤器的顶部、中部和底部收集覆盖生物的培养基样本。采用膜过滤法计算活的异养菌和硝化细菌。为了计算异养菌，采用白蛋白琼脂培养基，仅含铵离子作为电子供体的介质用于检测氨氧化细菌的存在。对硝化细菌，硝化菌，使用含有亚硝酸盐离子的培养基。这些培养基和活细胞计数的细节在其他地方被描述[13]。

3．结果与讨论

3.1天然沸石过滤器与沙过滤器的比较。

监测两个实验室规模的生物反应器7个月。在整个实验过程中, 溶解氧保持在3毫克/升以上，水温保持在12和15℃之间。 出水pH值比进水略有下降，平均值为7.0（6.8-7.2）。

两个反应器的出水COD浓度与氧有机负荷率（OLR）的关系曲线如图3所示。数据的线性回归也显示了其趋势。体积OLR由1.2到3.3kgCOD/m3每天变化不同。沸石和沙的生物滤池的COD去除率分别约为88%和75%。图4中数据的线性回归表明，在所有的BOD负荷中，与沸石生物反应器相比，，沙反应器中流出的BOD浓度要低一些。这是预料之中的，因为更多的减少归咎于天然沸石对有机物质的吸附能力。

图 3 COD负荷率和出水浓度之间的关系 图 4 BOD负荷率与出水浓度之间的关系。

图 5 TKN负荷率与出水浓度之间的关系 图 6 SS的负荷与出水浓度间的关系

两个过滤器的出水TKN浓度与氮负荷率的线性回归R2分别为0.66和0.88(图5)。天然沸石和沙填料的生物滤池的流出物中TKN平均残留浓度为分别为13.6mg/L、34.8mg/L。在沙填料的生物滤池中，随着TKN负荷速率的增加，超过本实验中应用的范围，TKN去除百分比急剧下降。少于平均值62%的TKN被移除。

在消除TKN方面，随着水力负荷的增加，负载天然沸石生物过滤器效率略有下降。然而，它能够在更高的负荷下去除更多的TKN，就像回归线表示的那样。超过80%的TKN被移除。氮负荷随着水力负荷率的增加而增加，有机负荷也是如此。一般而言，较高的有机负荷抑制硝化作用，但对天然沸石的生物过滤器无影响，这可以通过天然沸石能够与NH4 交换离子的作用来解释。首先，进水中部分的NH4 被吸附在天然沸石表面。然后，浓缩了NH4 的天然沸石和充分曝气的环境为自养细菌附着提供了有利的条件，使得氮和有机物被氧化。

各生物滤池出水的SS浓度也与SS(图6)的负荷量有关，但无显著性差异。SS的负荷量从1 ~3kg/m3天不等。两个生物滤池的出水浓度分别为30 mg/L和34mg/L。

3.2硝化细菌数量

图 7在天然沸石、沙子上生长的生物膜和活性污泥（AS）中异养和硝化细菌的数量

在生物滤池的10个不同位置采集了异养和硝化细菌活细胞计数的样本。细胞计数的结果如图7所示。在天然沸石生长的生物膜中，异养菌的数量与沙子的相似。然而，沸石和沙子上的生物膜中的异养生物的数量大于活性污泥法中的生物膜中的异养生物的数量。在天然沸石和沙子上生长的生物膜的异养菌数分别为1.3times;109和1.2times;109。另一方面，硝化细菌的数量取决于生物膜生长的培养基。天然沸石上的硝化细菌数量比沙子上的多。在天然沸石上生长的生物膜中，亚硝化单胞菌和硝化细菌分别计数为3.0times;108和2.2times;109 CFU/mL，而在沙子上的计数分别为4.5times;108和6.5times;108CFU/mL。由此可知：以天然沸石为填料的BAF中可提供更有利于硝化细菌生长的环境。

3.3以天然沸为填料的BAF的中试

以天然沸石为填料的BAF中试在两种不同的水力负荷下运行，分别为1.83和2.3m3/m2h，为期5个月。因此，本试验可以根据进水负荷分为两个阶段。在每个阶段,水温度的范围是10-18℃和4-10℃，DO浓度保持在2.0mg/L以上。

BAF系统的性能总结在表3中。随着水力负荷率的增加，有机负荷也从1.5增加到2.1kg BOD/m3每天，高于市政当局（0.5-1.0kgBOD/m3天） 废水处理[14]。在如此高的有机负荷条件下，BOD和COD总体减少量分别为99％和86-92％。流出物中残留的BOD浓度始终低于20mg/L。

表 3 BAF与天然沸石的中试结果

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