快速渗滤系统处理微污染水生物膜培养中试研究

1 试验部分
1.1 试验期间水库水质状况
本试验时间为6月7日至6月26日，历时20d。试验期间官厅水库各项水质指标见表1，从COD值来看，部分时间水库水质属于国家标准《地面水环境质量标准》中的Ⅴ类水质。
表 1 官厅水库水质情况

	COD(mg/L)	PH	EH(mv)	DO(mg/L)	T(℃)
最大值	65.0	8.9	118	6.2	26
最小值	7.8	8.7	106	4.8	23
平均值	32	8.3	89	5.4	19

科技部公益性基金和国家“973”联合赞助课题 项目编号[G1999045709]
1.2 试验工艺条件
本试验采用的中试处理工艺如图1所示，待处理水由水泵经筛网后抽入高位水箱，依靠重力作用流入柱中，柱中装填满足一定级配的砂作为滤料，下部出水并进行现场监测，进水水面高度由进水阀门控制。
试验共设6个快速渗滤柱，柱高2m，直径为0.1m。滤料层高度为1.6m，滤料下边是配水系统和集水系统，柱高0.4－0.5m，滤料上设0.5m的保护高度，其中1、2、3、4号柱装填风尘砂作为滤料，5、6号柱装填河砂作为滤料，3、6号柱采用水库底泥进行微生物培养，1、2、4、5号柱采用污水处理厂活性污泥进行微生物培养。
1.3 系统启动阶段生物膜的培养
1.3. 1 培养方法
在两个50L水桶内加入水库水25L，分别以水库底泥和污水处理厂活性污泥接种，投加相同量的营养物质进行曝气培养，停止曝气静置沉淀后，取上清液加入快速渗滤柱中，与原水混合进行培养。
1.3.2 营养物来源
为了微生物的快速生长，必须保证一定的营养物质供应，而且所供给的营养物质必须匹配，所以本试验培养初期在水中投加了一些营养物质，具体投加物为CH3OH、NH4CL和Na2HPO412H2O，分别作为C、N、P的来源，同时保证C、N、P的投加比为100:5:1（摩尔比）［4］。
2 结果与讨论
2.1 检测项目
试验期间分别检测水库水和系统进出水，检测项目为COD、 PH 、DO 、水力负荷、水温等。
2.2 活性污泥与水库底泥为菌种对比培养试验
5、6号柱分别以活性污泥和水库底泥进行生物膜培养试验，培养初期桶中活性污泥比水库底泥生长得略快，但随着培养时间的增加，两种微生物的生长速度大致相同。经观察得知5、6号柱滤料表面的颜色由灰白色，逐渐变成浅黑色。当系统达到稳定运行状态时，5、6号柱滤料表层生物膜厚度均达到了1mm。5、6号柱出水COD的变化如图2所示。系统稳定运行时，6号柱的出水COD值略高于5号柱，但高出的幅度不到1%，说明采用水库底泥和活性污泥进行生物膜培养，都可以达到比较理想的效果，因此5、6号柱对水库微污染水的COD去除情况没有明显差别。
2.3 风尘砂与河砂为滤料对比试验
1 、5号柱分别以风尘砂和河砂为滤料，其出水COD变化情况如图3所示。快渗柱进行生物膜培养的最初2d，5号柱的出水COD值高于1号柱，是由于5号柱进水调节阀门出现问题，致使进水流速突然增大，影响了微生物在滤料上的附着挂膜，滤料上的生物量少，COD的降解作用就小。经排除故障，使1、5号柱在同一水力条件下运行，之后5号柱的出水COD值一直保持较低的水平，系统稳定运行时，其出水COD值比1号柱低48mg/l，这是由滤料的性质决定的，因为本试验河砂的比表面积比风尘砂大，有利于微生物在短期内迅速附着挂膜[5]，因此以河砂为滤料的5号柱中的微生物挂膜情况好于以风尘砂为滤料的1号柱，且从对生物量的观察上来看，5号柱滤料中的生物量也明显多于1号柱，使其能够满足水处理的需要，充分发挥生物降解作用，对COD的去除效果也就好于1号柱。因此，从整个培养过程来看，用河砂作为滤料处理水库微污染水的效果好于风尘砂。
2.4 系统稳定运行时的COD 去除情况
经过15d的培养，系统基本达到稳定状态。系统稳定运行时，经过滤料的机械过滤作用，生物膜的生化吸附、降解作用，COD平均去除率在59.9％－69.3％之间，具体结果如表2所示，处理效果均良好，其它各项指标也达到了地表水三类标准。其中6号柱滤料比其它柱的滤料更利于微生物的挂膜，滤料中生物量多，对COD的去除效果就好。

	1号柱	2号柱	3号柱	4号柱	5号柱	6号柱
COD去除率(%)	68.1	68.7	62.4	59.9	69.1	69.3

2.5 影响因素分析
2.5.1 营养物质浓度的影响
营养物质的浓度大小直接影响微生物的生长发育，浓度低微生物生长量少，生物膜难以形成，培养时间长，浓度太高则成为细菌生长的抑制因素［4］。本试验采用CH3OH、NH4CL和Na2HPO412H2O 分别作为营养物质C、N、P的来源，根据微生物生长情况及时调整微生物营养物质浓度，使其有利于微生物的生长。培养过程中甲醇浓度变化情况如图4所示，试验前期微生物生长缓慢，出水COD浓度较高，后来增加营养物投量以刺激微生物的快速生长，强化生物膜的培养效果。随着试验的进行，出水COD浓度逐渐降低时，逐渐降低营养物质的投加量，直至不投加为止。至此系统生物膜培养完成，进入正式运行阶段。
2.5.2 渗滤柱水力负荷的影响
渗滤柱水力负荷对柱中微生物的繁殖有较大的影响，水力负荷过小，水在柱中停留时间过长，溶解氧降低，不利于微生物的生长，导致出水水质恶化。水力负荷过大，由于水流的剪切力作用，不利于微生物在滤料上挂膜，影响微生物在滤料上的附着效果[5]。因此微生物培养过程中需人为调节水力负荷，使微生物逐步适应水力条件，达到良好的生长状态 。培养过程中平均水力负荷变化情况如图5所示，培养前期微生物量少，还没有在滤料上稳定附着，此时水力负荷调节为最小，当生物膜在滤料表面形成一定厚度能够稳定生长，则逐渐增加水力负荷。培养后期生物膜挂膜良好，满足出水水质需要，系统进入稳定时期，水力负荷较高［6］。