復(fù)合床生物反應(yīng)器處理惡臭氣體和污水
論文類型 | 技術(shù)與工程 | 發(fā)表日期 | 2001-09-01 |
來源 | 《中國給水排水》2001年第9期 | ||
作者 | 郭靜,匡穎,王召,楊秀文 | ||
關(guān)鍵詞 | 復(fù)合床生物反應(yīng)器 除臭 去除有機物 | ||
摘要 | 郭靜,匡穎,王召,楊秀文 (天津大學建工學院,天津300072) 摘 要:復(fù)合床生物反應(yīng)器內(nèi)充填了粘土陶粒和輕質(zhì)懸浮填料,是生物濾池和移動床生物膜反應(yīng)器結(jié)合為一體的新型生物反應(yīng)器。該生物反應(yīng)器能夠同時處理臭氣和污水,且除臭效果好,無堵塞問題。試驗結(jié)果表明,在11~15℃氣溫下,當惡臭氣體中H2S含 ... |
郭靜,匡穎,王召,楊秀文
(天津大學建工學院,天津300072)
摘 要:復(fù)合床生物反應(yīng)器內(nèi)充填了粘土陶粒和輕質(zhì)懸浮填料,是生物濾池和移動床生物膜反應(yīng)器結(jié)合為一體的新型生物反應(yīng)器。該生物反應(yīng)器能夠同時處理臭氣和污水,且除臭效果好,無堵塞問題。試驗結(jié)果表明,在11~15℃氣溫下,當惡臭氣體中H2S含量為500mg/L、污水的COD為200~800mg/L時,H2S與COD的去除率分別為90%和80%。
關(guān)鍵詞:復(fù)合床生物反應(yīng)器;除臭;去除有機物
中圖分類號:X521;X703.3
文獻標識碼:A
文章編號:1000-4602(2001)09-0010-04
Use of Hybrid Bed Bioreactor for Treatment of Foul Gas and Wastewater
GUO Jing,KUANG Ying,WANG Zhao,YANG Xiu-wen
(School of Construction Engineering,Tianjin University,Tianjin 300072,China)
Abstract:The Hybrid bed bioreactor was packed with ceramsite and light floating medium.Itis a new type bioreactor by combining the biofilter with a moving bed biofilm reactor,which is able to treat simultaneously the foul gas and wastewater with good effect and without clogging.The test results show that at temperature of 11~15℃,if H2S content in foul gas is 500 mg/L and COD in wastewater is 200~800mg/L,the removal rate is 90% and 80% respectively for H2S and COD.
Keywords:hybrid bed bioreactor;odor removal;removal of organic matters
早在20世紀50~60年代的某些發(fā)達國家,居民指控污水處理廠臭氣污染的公害訴訟案件就屢屢發(fā)生。日本于1971年6月制定的惡臭防止法中,把城市污水處理廠惡臭發(fā)生源作為一個主要評價對象。大量的調(diào)查結(jié)果表明,污水處理廠的惡臭物質(zhì)主要是氨、硫化氫、甲硫醇等(見表1)[1]。從惡臭成分含量來看,氨最多,其次是硫化氫、甲硫醇。而硫化氫、甲硫醇的惡臭強度最高,為4~5級(按照日本的0~6級惡臭強度等級劃分),屬強臭,不僅影響人的感官,而且有害健康。
1957年,Pomeray RD在美國加利福尼亞一城市污水處理廠利用土壤對臭氣進行過濾,由于土壤中微生物的氧化作用,將臭氣中的H2S轉(zhuǎn)化成SO42-等無臭物質(zhì),除臭效果十分顯著,受到了全世界的矚目。另外,生物脫臭的工藝設(shè)備簡單、運轉(zhuǎn)維護方便、效率高、費用低,不僅減少了二次污染(甚至沒有),而且還可以同時進行除臭與污水的處理。針對城市污水處理廠的主要惡臭物質(zhì),利用污水生物處理裝置進行除臭研究,對控制城市惡臭污染是很有意義的。
1 試驗裝置與方法
1.1 試驗裝置
復(fù)合床生物膜反應(yīng)器(CBBR)是把生物濾池與移動床生物膜反應(yīng)器結(jié)合起來的一體式生物處理裝置。
移動床生物膜反應(yīng)器(MBBR)是1988年由挪威KMT公司開發(fā)的新型、高效、低能耗的廢水生物處理裝置[2],采用了比表面積大、空隙率高、輕質(zhì)懸浮填料,充填率為70%左右。在曝氣的條件下,懸浮填料在反應(yīng)器內(nèi)呈移動狀態(tài),避免了一般固體填料易堵塞及軟性、半軟性填料的內(nèi)部結(jié)團現(xiàn)象。CBBR用內(nèi)徑為100mm的有機玻璃管制成,有效高度為250mm。在CBBR的底部是生物濾床,以粘土陶粒作填料,高度為75mm,占反應(yīng)器有效容積的30%。上部是移動床,采用聚丙烯懸浮填料,填充率為48%。試驗時,懸浮填料可以浮在投配液上部,如圖1所示。
1.2 惡臭氣體與污水
根據(jù)污水處理廠臭氣的分析結(jié)果,試驗采用含H2S的氣體作為臭氣源。H2S惡臭氣體是在氣體發(fā)生器內(nèi)配制的,其濃度在5~500mg/m3范圍內(nèi)。污水是用葡萄糖及各種無機鹽配制的,COD約為200~800mg/L。
1.3 CBBR處理H2S工藝流程
CBBR脫臭系統(tǒng)為氣、液兩相逆流操作,含H2S的氣體由底部進入,經(jīng)過生物濾床、移動床由頂部排出。污水則由頂部均勻地噴灑下來,由底部排液管流入沉淀槽。
1.4 分析項目及檢測方法
氣體流量:濕式氣體流量計;pH值:PHS—2C型酸度計;SO42-:鉻酸鋇光度法;COD:重鉻酸鉀法;H2S氣體濃度:檢知管法。
2 H2S的生物轉(zhuǎn)化過程
2.1 微生物的硫化作用
生物除臭的原理是H2S在微生物的作用下,被氧化成硫磺和硫酸,這就是硫化作用。硫化作用主要是由硫磺細菌和硫化細菌引起的[3]。
硫磺細菌包括無色硫磺細菌和紫色硫磺細菌,它們能將硫化氫氧化成硫磺顆粒貯存于細胞內(nèi)。當環(huán)境中缺少H2S時,細胞內(nèi)的硫磺顆粒則繼續(xù)被氧化成硫酸,即:
在好氧條件下的硫化細菌主要是排硫桿菌和氧化硫桿菌。排硫桿菌能氧化H2S為硫酸,同時生成硫而積留于細胞體外,氧化硫桿菌再將硫氧化成硫酸。H2S在上述細菌的作用下被氧化成硫酸。
2.2 H2S的生物氧化過程
在H2S被微生物氧化的過程中,水是不可缺少的。H2S的生物氧化過程相當復(fù)雜,一般認為可分為三個步驟[4]。
①H2S氣體的溶解
生物脫臭的第一個步驟是使惡臭物質(zhì)溶于水。氣體中的H2S在溶于水的同時,也發(fā)生了電離:
H2S被微生物轉(zhuǎn)化的結(jié)果是生成硫酸。SO42-的累積會導(dǎo)致pH值降低,因而不利于H2S溶解,會影響生物脫臭效率。
?、谏锬さ奈阶饔?br> H2S溶于水后被生物膜吸附、吸收,吸附與吸收的速率與溫度、pH值、微生物量等諸多因素有關(guān)。由于生物膜的吸附與吸收作用,使H2S在水中濃度降低。H2S不斷地由氣相轉(zhuǎn)入液相,遵循亨利定律,保持氣液兩相平衡關(guān)系。
?、跦2S的降解
在好氧條件下,由于硫磺細菌和硫化細菌的硫化作用,將H2S轉(zhuǎn)化為H2SO4。轉(zhuǎn)化過程中產(chǎn)生能量以維持微生物的生命活動,使H2S的氧化過程持續(xù)不斷地進行著。
3 試驗結(jié)果與分析
3.1 對H2S的去除效果
CBBR處理H2S惡臭氣體的試驗研究連續(xù)運行了6個多月,溫度在10~16℃范圍。進氣量為0.95、1.62和3.78m3/d,氣體的停留時間逐步由178s縮短到45s。在改變進氣量的同時,也改變H2S的進氣濃度,以觀察CBBR對H2S的去除能力。
在進氣量變化時,進水量保持不變(流量為50mL/h)。使液氣比(V/V)由1.26降低到0.74和0.32的過程中,進水方式是連續(xù)的,排水則是間斷的(8h排一次,約400mL)。CBBR中的懸浮填料隨著氣流與水位的變化上下移動,并伴隨有旋轉(zhuǎn)或攪動,使氣、液、固三相間有著良好的接觸。
表2列出了CBBR處理H2S的試驗結(jié)果。
從表2的測定數(shù)據(jù)可以看出,惡臭氣體在生物反應(yīng)器內(nèi)停留時間僅為45~178s,但是去除率均在90%以上;在進氣濃度相同時,去除率略有下降;在進氣量相同時,去除率則隨著進氣中H2S濃度的提高而有所降低。但是在試驗范圍內(nèi),CBBR對H2S的去除速率隨著容積負荷增長而提高,這表明CBBR還具有去除H2S的潛力。
CBBR在處理H2S惡臭氣體時,與普通生物濾池相比,沒有堵塞問題,而且出水pH值在6以上。而普通生物濾池在同樣的負荷條件下的pH值要低于6[5、6],這可能與CBBR內(nèi)持液量較高有關(guān)。
3.2 對污水的同步處理效果
利用微生物的代謝功能來降解氣體中的H2S,是在有水的條件下進行的,同時水中的有機物及其營養(yǎng)鹽也是生命活動必不可少的,因此CBBR可以同時處理臭氣和污水。
在研究CBBR對惡臭氣體和污水的同步處理效果時,連續(xù)進氣流量為1.62m3/d,H2S濃度保持在500mg/m3。進水分為兩種形式:一是連續(xù)進水,水流量為50mL/h,8h排一次水,排水量為400mL;另一種是間歇進水,一次進水量為400mL,反應(yīng)時間約8h,然后一次排出400mL,再次進水,周而復(fù)始。進水中COD濃度為200~800 mg/L。兩種運行方式表明生物反應(yīng)器同時處理污水并脫臭是可行的,H2S與COD的去除效果如表3、4。但是在同一反應(yīng)器內(nèi),惡臭物質(zhì)和污水水質(zhì)對微生物的影響以及微生物同步降解氣、液兩相中污染物的過程機理,還需要大量、深入地研究,以作進一步探討。
4 微生物量的測定
在正常運行狀況下,CBBR下部是固定生物膜濾床,其有效容積為0.31 L;上部是移動床,其中懸浮填料體積為0.12 L,持液量約1.53 L。因此,CBBR內(nèi)的微生物既有附著生長的體系, 也有懸浮生長的體系。為了了解微生物的分布狀況,對各部分的微生物量進行了測定。懸浮生長的微生物量用SS表示,固定生長的微生物量用生物膜干重表示。測定結(jié)果如下:
?、貱BBR混合液SS為1 604 mg/L,總量約為2.456 g;
?、诠潭ㄌ盍仙锬た偭繛?2.036 g;
?、垡苿哟矐腋√盍仙锬た偭繛?.428 g。
CBBR微生物總量約為15.92 g。
5 結(jié)論
CBBR處理含H2S惡臭氣體的試驗結(jié)果表明,生物除臭工藝簡單、效果顯著。而且,生物處理裝置可以同時處理污水和惡臭氣體。城市污水處理廠是主要的惡臭發(fā)生源,在污水生物處 理的過程中考慮惡臭氣體處理是可行的。采用在曝氣池中投加懸浮性填料的方法,可以有效去除污水處理設(shè)施所散發(fā)的惡臭氣體。
CBBR是生物濾池、移動床生物膜反應(yīng)器組合成的一體化生物處理裝置。CBBR內(nèi)微生物既有附著生長體系,又有懸浮生長體系,適應(yīng)性強,還避免了生物濾池的堵塞問題,在處理H2S等惡臭氣體時,沒有嚴重的酸積累問題。
參考文獻:
?。?]加藤龍夫,石黑智彥,重田芳廣.惡臭的儀器分析[M].北京:中國環(huán)境科學出版社,1992.
?。?]Degaard H,Rusten B,Badin H.Small wastewater treatment plants based on moving bed biofilm reactors[J].Water Sci Tech,1993,28(10):351-359.
?。?]顧夏聲,李獻文.水處理微生物學基礎(chǔ)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1998.
[4]許景文.惡臭生物處理的研究[J].上海環(huán)境科學,1993,12(11):33-37.
[5]郭靜,黃炎歆.生物濾池脫臭性能的研究[J].中國給水排水,1996,12(2):32-33.
?。?]馬有衛(wèi),李國建.生物法凈化H2S氣體的研究[J].環(huán)境工程,1996,2(2):18-21.
作者簡介:郭靜(1946-),女,山東淄博市人,天津大學 建工學院環(huán)境工程系教授,主要從事污水生物處理方面的研究。
電 話:(022)27890461
E-mail:wfang@public.tpt.tj.cn
收稿日期:2001-04-25
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