沸石滤料对曝气生物滤池处理纺织废水的影响外文翻译资料

 2022-10-27 15:53:19

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沸石滤料对曝气生物滤池处理纺织废水的影响

摘要

曝气生物滤池（BAF）适用于处理纺织废水。将天然沸石和砂质滤料分别投入两个实验室规模的曝气生物滤池，对其进行7个月的性能检测，比较的其性能。在有机负荷从1.2变化到3.3kg COD/（m3·d）的期间，投加天然沸石和砂质滤料的生物滤池总化学需氧量（COD）分别平均减少88%和75%。投加天然沸石的生物滤池具有更高的脱氮能力是因为NH4 离子的交换能力。细胞统计表明，硝化生物膜内的细菌数量，投加天然沸石的生物滤池高于投加砂质滤料的生物滤池。两个生物滤池去除悬浮物（SS）的能力在97%左右，大约为1–3 kg SS/（m3·d）。对投加天然沸石处理能力为12 m3/d。对中试规模BAF进行5个月的观察。该系统在水力负荷为1.831.83 m3/（m2·h）的条件下，生化需氧量去除率为99%，COD为92%，SS为74%，TN为92%。较高的水力负荷（2.3 m3/（m2·h））和较低的温度（4–10°C）会降低TN的去除效率，但对有机物的去除率影响较小。在投加天然沸石的生物滤池中，色度的去除率（平均为78%）只取决于它的吸附能力，无论如何增加水力负荷都不会改变。

关键词：曝气生物滤池；纺织废水；天然沸石

1.引言

曝气生物滤池（BAF）实质上是系统正常运行时在介质上生物吸附生长的过程。这些过程的初始目的是进行碳的氧化和固体过滤。近年来，曝气生物滤池技术被用于处理屠宰场污水，造纸行业。

曝气生物滤池的众多优点使其可以适用于不同的领域。在BAF中活性污泥可以吸附生长在惰性颗粒介质之上，使其生物浓度高于一般的的悬浮生长活性污泥系统，从而使反应器的尺寸减小。此外，悬浮物（SS）在进水时可以被物理介质捕获，省去二次分离的要求。总体而言，可以节省空间布局，仅用活性污泥法的三分之一的占用空间。

曝气生物滤池应用于工业废水处理，颗粒介质的选择在保持活性微生物数量和微生生物种类起着重要作用。利用介质的吸附性，生物去除和吸附一体化的方式是有可能实现的。在综合生物降解和吸附的优势研究中，使用活性炭作为介质处理城市污水。

纺织废水是非常难治理的一种工业废水，因为它们的组成十分多变。纺织废水最大的特点就是其明显的颜色。如果不妥善处理，由于高浊度和高污染强度，它的颜色会给水环境带来严重的负面影响。传统工艺处理纺织废水，是将生物，物理和化学方法结合，但是这种方法需要较高投资成本和运营成本。

本文介绍以天然沸石为介质利用曝气生物滤池处理纺织废水。天然沸石对有机物有很好的吸附能力也可以进行阳离子交换例如NH4 。在实验室中试规模的生物滤池中加入纺织废水，投加天然沸石和砂质滤料观察其生物滤池性能。此外，从添加天然沸石的BAF得到实验数据。

  1. 材料与方法

2.1废水的特性

实验室取用的废水是从韩国汉城纺织厂获得的。纺织工业所用的纤维可分为天然纤维和人造纤维，天然纤维主要是羊毛和棉花，人造纤维包括聚酯、尼龙、聚丙烯、聚酰胺。1998年3月到9月，每个月收集20L纺织废水储存在已经用蒸馏水冲洗过的塑料瓶中，在试验期间放在冰箱中（5°C）。在表1中总结了纺织废水的特性。

表1.实验时曝气生物滤池中纺织废水的特性

参数

范围(mg/L)

平均 (mg/L)

COD

830–1050

920

BOD5

320–460

390

TKN

86–145

115

NH4 -N

54–84

69

SS

540–980

760

碱度

330–390

360

几种纺织业的印染废水均匀混合储存在容器中。70%的废水排放产生在聚酯加权过程中。混合用氯化铁和聚合物处理过的废水。化学混凝后，将处理过的纺织废水储存在二次沉淀池中。表2显示了取自韩国工业园区用于实验的纺织废水的组成。

表2中试规模BAF系统中纺织废水的组成

参数

范围

平均

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

比色法（铜）

560–928

740

2.2反应器描述

实验室规模的BAF反应器是由丙烯酸构成的，如图1所示。反应器高33cm，横截面长18cm、宽12cm，工作容积为2.8L。一个是用天然沸石填充另一个用砂质滤料填充。所有填料需要通过5times;8目（2.36-4.0mm）。液压流速控制在0.35–1.56 m3/（m2·h），周期性的冲洗生物滤池，去除积累的SS和多余的生物。反冲洗的顺序为先空气冲刷，随后气水联合反冲洗。反冲洗时空气速率为4l/min。

图1实验室BAF系统实验原理

广泛适用的实验室规模的实验方案，可以促使中试规模的BAF发展，有效的处理纺织废水。处理量为12 m3/d的试验器的横截面积为1.05 m2 ，高度为3m（体积为3.15m3），空床体积为2m3，钢质材料制成。床上填满天然沸石，其特定比重为1.42，一个过滤板放置在反应器中来存放介质，并分隔反冲洗水和空气。反冲洗顺序和实验室实验顺序一样，使用微处理器自动控制、自动测量。出水收集在一个储存罐中来提供反冲洗。图2为一个试验器的示意图。

图2.中试规模曝气生物滤池示意图

2.3分析方法

从1998年3月到1999年2月，每周收集实验室中试规模BAF的进水和出水。对化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、SS、总凯氏氮（TN）、亚硝酸盐（NO2-N）、硝酸盐（NO3-N），按照标准方法检测。此外，用ADMI三色透光率法测定出水和进水颜色。在实验期间对温度、溶解氧和PH值进行常规检测。

2.3.1硝化细菌种群计数

样品介质从生物 滤池的顶部、中部、和底部收集。利用膜过滤法计数可消化的异养硝化细菌。为了统计异养硝化细菌数量，使用蛋白琼脂培养基培养。培养基中只含有铵离子作为电子供体，来测定氨氧化细菌和亚硝化细菌。亚硝酸盐氧化细菌、硝化细菌使用含亚硝酸根的培养基检测。这里介质和活细胞计数的细节在别处详述。

3.结果与讨论

3.1天然沸石和砂质滤料实验室规模反应器比较

对两个个实验室规模的生物滤池介质监测7个月。在整个实验中，DO保持在3mg/L、水温保持在12至15°C。出水的pH值相比进水略有下降，平均为7.0（6.8-7.2）。

两个反应堆出水COD浓度随有机负荷变化如图3所示。线性回归的数据也能说明其趋势。有机负荷从1.2变化到3.3kg COD/（m3·d）。使用沸石和砂质滤料队COD的平均去除率分别为88%和75%。图4中数据的线性回归数据表明，在所有的BOD数据中，添加沸石的生物滤池的出水BOD浓度最低。这是意料之中的，其减少的主要原因是由于天然沸石队有机物质的吸附能力。

图3.出水中COD浓度和有机负荷关系

图4.BOD负荷和出水浓度关系

生物滤池出水总氮线性回归有一个R2使用天然沸石和砂质滤料分别为0.66和0.81。天然沸石生物滤池的出水残余TKN浓度平均为13.6mg/L，而砂质滤料生物滤池为34.8mg/L。在整个实验中砂滤池的TKN去除率随着TKN负荷率增加而大幅度下降，平均来说，TKN的去除率小于62%。

图5.TKN负荷和出水浓度关系

随着水力负荷下降天然沸石生物滤池去除TKN效率略有增加。回归线显示在高负荷下能去除更多的TKN。随着氮负荷的增加，水力负荷率越高，有机负荷越大，超过80%的TKN被去除。一般情况下，较高的有机负荷会一直硝化作用，但在添加天然沸石的生物滤池中不是。这可以用天然沸石能够和NH4 进行离子交换来解释。首先进水中的部分氨氮可以吸附在沸石的表面。然后聚集着的NH4 天然沸石和强曝气环境为自养细菌附着提供游历的环境，这会促使氮和有机物的氧化。

绘制每个生物滤池出水SS浓度图，图中显示并无太大差别。SS负荷率从1变化到3kg SS/（m3·d）。添加天然沸石和砂生物滤池出水SS平均浓度分别为30和34mg/L。

图6.SS负荷和出水浓度关系

3.2硝化细菌种群

从生物滤池十个不同的地方取样统计样品中异养硝化细菌数量。细胞计数结果如图7所示。天然沸石生物膜上异养菌数量与砂生物膜上相似，但沸石和砂生物膜上异养菌数量大于活性污泥。天然沸石和砂上异样细菌数分别为1.3times;109和1.2times;109。另一方面，硝化细菌的数量取决于介质上生物膜的生长。天然沸石上硝化细菌的数量略大于砂。生长在天然沸石生物膜上的硝化细菌和亚硝化细菌计数分别为3.0times;108 和2.2times;109 CFU/mL，而砂生物膜上分别为4.5times;108 和6.5times;108 CFU/mL。这个结果的结论是天然沸石曝气生物滤池的环境更有利于硝化细菌生长。

图7.活性污泥法、天然沸石、砂质材料生物膜上细菌数量

3.3中试曝气生物滤池-天然沸石

添加天然沸石的曝气生物滤池在两个为1.83 和 2.3m3/（m2·h）的水力负荷条件下实验5个月。因此，本实验可以根据水力负荷分为两个阶段，两个阶段水温分别控制在10-18和4-10°C，DO浓度保持在2mg/L。

曝气生物滤池平均性能总结在表3。随着水力负荷增加，有机负荷也从1.5增加到2.1kgBOD/（m3·d），这个数据高于城市污水处理的标准（0.5-1kgBOD/（m3·d） ），在如此高的有机负荷条件下，BOD和COD的减少分别为99和86-92%。肺水肿参与的BOD浓度始终小于20mg/L。

表3添加天然沸石的中试曝气生物滤池实验结果

水力负荷 (1.83 m3/（m2·h）)

水力负荷 (2.3 m3/（m2·h）)

参数

进水

出水

减少率 (%)

进水

出水

减少率 (%)

COD (mg/L)

2230

176

92.1

2150

295

86.3

BOD (mg/L)

1574

17

98.9

1711

20

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