以亲水化改性聚氨酯为多孔载体的生物膜移动床反应器处理污水中试研究

更新时间：2014-01-25 10:28 来源：环境科学作者: 阅读：1712

摘要：载体是生物膜移动术反应器(MBBR)工艺的关键影响因素,利用亲水化改性聚氨酯载体构建MBBR,用于城市污水的中试研究。反应器日处理能力为3~3.5t·d-1,水力停留时间为7~8h,在连续进水(进水COD140~280mg·L-1,NH4+-N30~50mg·L-1,总氮45~65mg·L-1,总磷2.5~4.0mg·L-1)条件下对改性载体的挂膜速度、有机物和氮的去除效果及不同温度下的污水处理特性进行了研究。140d的试验结果表明在24~28℃时,载体上生物膜在6d左右即可完成挂膜,并达到稳定的处理效果。COD、NH4+-N、TN和TP的平均去除率分别为70％、97％、70％和39％。随着水温逐渐降低到12℃左右,NH4+-N的去除率依然能达到97％,表明通过添加改性载体可以提高反应器低温条件下的硝化能力。

关键词：MBBR，城市污水，改性聚氨酯载体，脱氮

传统的活性污泥法存在COD负荷低、硝化及脱氮效率差、处理性能在低温下难以保证等问题，尤其是对于一些氨氮浓度较高的污水，去除效果难以达到排放标准要求。随着水质排放标准要求的逐年严格，出水难以达到排放标准。因此，很多已经建成的污水处理厂面临提高处理能力和出水标准的问题。通常采用添加或改进载体是一种有效的提高反应器中微生物浓度的方法，可以提高反应器的容积负荷和处理效率。

移动床生物膜反应器（movingbedbiofilmreactor,MBBR）通过在反应器中添加生物载体,使微生物附着在载体上,载体在反应器内随着混合液的流动作用而自由流化,从而达到处理污水的目的。反应器中悬浮载体能与污水频繁多次接触，因此被称为“移动的生物膜”。MBBR不仅克服了传统活性污泥法占地面积大、污泥膨胀及污泥流失等缺点，还解决了固定床生物膜法需定期反冲洗、清洗滤料等复杂操作问题，同时在保证传质效率的基础上，克服了传统流化床反应器使载体流化动力消耗过大的缺点，因此该技术在国外得到了广泛的应用。而在我国近年MBBR虽然已开始出现工业应用案例，但生物膜载体及处理工艺以模仿国外技术为主，缺乏自主研发，相关基础研究，特别是生物载体开发和生物膜的机制研究比较滞后，已有的研究也主要停留在小试和中试研究阶段，无法满足应用的需求。

对于MBBR工艺，生物膜载体是核心。目前，市场上存在很多不同形状、材料和比表面积的载体。聚氨酯泡沫（polyrethanefoam,PUF）被认为是理想的固定生物膜的多孔载体,具有载体孔径可控,比表面积大,而且由于微生物容易在多孔载体里聚集成膜,避免剪切力的影响,从而可以通过PUF载体大小控制生物膜的结构。同时，在载体内外由于溶解氧传递的限制能形成好氧和厌氧环境，可以同时去除废水中的有机物和含氮化合物，也可以通过形成结构可控的生物膜实现污泥减量化。但是，通常的聚氨酯载体表面都是疏水性，载体流化时间长，载体挂膜速度慢，一般需要20d以上，导致反应器启动耗时，影响了其在MBBR的应用。由于微生物成膜及生物膜的稳定性与载体的亲水性及表面带负电性质密切相关，因此PUF多孔载体的亲水化改性是解决其流化和成膜慢的关键。本课题组前期对PUF亲水化改性途径做了一系列探索，利用直接发泡方法，成功建立了PUF多孔载体亲水化改性的方法，使其PUF材料和水的接触角大幅度减小，提高了载体表面的亲水性，从而显著提高挂膜速度，大幅度缩短载体流化时间，而且生物膜挂模量比未改性的高。

本研究采用本课题组开发的表面亲水化改性的PUF多孔载体，构建MBBR反应器，通过实际污水的中试试验，分析亲水PUF载体的挂膜效果及其有机物、氮和磷的去除效果，尤其是低温下去除氮的效果，以期为进一步的机制研究和应用积累工程数据。

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