（环境工程专业论文）天然纤维lssbbr工艺强化生物除磷与自养脱氮研究.pdf

武汉理工大学学位论文 a b s t r a c t 、3 i s c h a r g e so fp h o s p h a t ea n dn i t r o g e ni nt h ee f f l u e n tf m m w a s t e w a t e rt r e a t m e n t p l a n t sw a sb e c o m i n gt h ep r i m a r yf a c t o ro fe u t r o p h i c a t i o n , a n dt h ee f f l u e n ts t a n d a r d s w e l a gm o r ea n dm o l - es t r i c t t h e r ea r ev a r i o u so fn o v e lb i o f i l mw a s t e w a t e rt r e a t i n g b i o r e a c t o rw e r ed e v e l o p e dw i t hs i m p l ec o n f i g u r a t i o n , l o ws l u d g ep r o d u c t i o na n d e f f e c t i v eo fp h o s p h a t ea n dn i t r o g e nr e m o v a l n o w a d a y st h eb i o f i l mb i o r e a c t o r r e b e c o m eo n eo ft h ei m p o r t a n tr e s e a r c ha s p e c ti ne n h a n c e db i o l o g i c a lp h o s p h a t e r e m o v a l ( e b p r ) f o ri t sn e t t i n g - l i k ef i b r o u sv a s c u l a rs t r u c t u r a ls y s t e m , t h en a t u r a lf i b e r , l u f f a c y l i n d r i c a ls p o n g e ( l s ) w a su t i l i z e da st h eb i o f i l ms u p p o r tm e d i ai nas e q u e n c i n g b a t c hb l o f i l mr e a c t o r ( l s - s b b r ) e x p e r i m e n t so ne n h a n c e db i o l o g i c a lp h o s p h a t ea n d n i t r o g e n r e m o v a lw e r ec a r r i e do u tt o d i s p o s a lt h em u n i c i p a lw a s t e w a t e r a n d m e t a p h a s e l a t e rl a n d f i l ll e a c h a t e w i t hl s s b b r m o r e o v e r , c o m p a r a t i v ee f f e c to f d e n i t r i f y i n gp h o s p h a t er e m o v a li nl s s b b ra n ds i d e - s t r e a mm b r w i t hg r a v i t a t i o n f i l t r a t i o ns y s t e m ( o s m b r ) w a sd e v e l o p e db o t hi nl a bs c a l ee x p e r i m e n t s , w i t h c o m p a r a t i v ee x p e r i m e n t so nt h e e f f e c to fp h o s p h a t eu p t a k ei na e r o b i ca n da n o x i c c o n d i t i o n s i n v e s t i g a t i o no ft h eo p e r a f i o n a ls t a b i l i t yw i t hl s - s b b rd u r i n gt h e m u n i c i p a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n ta n dt h ed i s p o s a le f f e c to fl a n d f i l ll e a c h a t ea sw e l l a s i t si n f l u e n c ef a c t o r su n d e rc o m p l e t e l ya u t o t r o p h i cn i t r o g e nr e m o v a lo v e rn i t r i t e p r o c e s s ( c a n o n ) w e i ri m p l e m e n t e ds i m u l t a n e o u s l yw i t ht h ee x p e r i m e n t s f o ri t s p o r o u sb i o l o g i c a l s t r u c t u r a l s p e c i a l i t y , s b b rw i t hl u f f ac y l i n d r i c a l s p o n g em e d i aa c c o m p l i s h e db i o f i l mf o r m i n gi nl e s st h a naw e e ki nt h el i g h to ft h e o p e r a t i o nn l o d ci n t h ee x p e d m e n to fm i n u c i p a lw a s t e w a t e ru e a t m e n t f o l l o w e da n a v e r a g er e m o v a lo fc o d ，n 地+ _ n ，t pa n dt nw e r e7 1 1 8 ，8 5 0 1 ，5 8 。1 9 a n d 6 4 4 5 ，r e s p e c t i v e l y a tt h ef o l l o w i n go p e r a t i o np e r i o d , n a i se l i n g u i sa p p e a r e di nt h e l s s b b rs y s t e m t h u si n d u c e dr e d u c t i o no ft h et h i c m e s so fb i o f i l ma n dt h er e m o v a l r a t eo fc o dd e c r e a s e dt o5 6 1 1 a tm e a n t i m e 。t na n dt pw e r er e l e a s e do b v i o u s l y , t h er e l e a s i n gr a t eo ft pa n dt i cw a s9 2 9 2 a n d3 3 4 5 r e s p e c t i v e l y , i nt h e a p p e a r a n c eo f n a i se l i n g u i ，w h i l et h eg r a z i n go f n 她d n g u sd i d n o ti n f l u e n c e dt h e a m m o n i ao x i d a t i o na n do 训m e a g t h e n e di tt o 矗e x t e n t , n h 4 + nr e m o v a lw a s e n h a n c e df r o m8 5 0 1 t o9 5 5 6 i nt h i so p e r a t i o np e r i o d t h ep e r f o r m a n c eo f d o m e s t i cw a s t e w a t e rt r e a t m e n ti nl s s b b rw a sr e s u m e dt h r o u g hd i s c h a r g i n ge x c e s s n a i se l i n g u i s t h ea v e r a g en u t r i e n te l e m e n tc o n c e n t r a t i o no fn i t r o g e na n dp h o s p h o r u s 武汉理工大学学位论文 o fl u f f ac y l i n d r i c a ls p o n g ew a s0 3 6 4 6 a n d0 0 6 4 6 ，r e s p e c t i v e l y , w h i l ea f t e rt h e e x p e r i m e n tt h e s ev a l u e sd e c r e a s e d t o0 0 3 7 8 a n d 0 0 2 3 8 ，r e s p e c t i v e l y , i na v e r a g e h o w e v e r , t h er e l e a s i n ge x t e n to fn i t r o g e na n dp h o s p h o r u sf r o ml u f f ac y l i n d r i c a l s p o n g ef i b e r s ，c o n t r a s t e dt ot h ed o m e s t i cw 弱t e w a t e rd i s p o s a lu n d e ri t si n f l u e n ta n d e f f l u e n t f r e q u e n t l y , a sw e l l a s o r g a n i cc o m p o n e n t s ，c o u l db ee l i m i n a t e df r o m l s - s b b r s y s t e ma c c o r d i n gt or e s e a r c hr e s u l t s l s s b b ra n dg s - m b rh a dr e a l i z e dd e n t r f f y i n gp h o s p h a t ea n dn i t r o g e nr e m o v a l u n d e ra n a e r o b i c - a e r o b i c - a n o x i co p e r a t i o n a lm o d ei nc o m p a r a t i v eb i o l o g i c a ln u t r i m e n t r e m o v a lt e s t s q u a n t i t yo fp h o s p h a t eu p t a k ei na n o x i cp e r i o dt oa e r o b i cw a s3 9 9 7 i nl s s b b rw h i l et h ev a l u ew a sm e r e l y7 1 2 r e f e rt ot h eg s - m b r t h ef e e b l e n e 鹞 p h o s p h a t eu p t a k eo fg s - m b r w a st h el a c ko fp h bi na n o x j cp e r i o d , t h u sw e a k e n e d t h ea b s o r p t i o no fp h o s p h a t ea n dt h ea n a b o l i s mo fp o l y p h o s p h a l e c o m p l e t e l ya u t o t r o p h i cn i t r o g e nr e m o v a l o v e rn i t r i t e ( c a n o n ) w a so b s e r v e di n t h et w o - s t a g e ds e q u e n c i n gb a t c hb i o f l i mr e a c t o r ( s b b r ) i nt h ee x p e r i m e n to fl a n d f i l l l e a c h a t et r e a t m e n tw i t hc o a g u l a t i n gp r e t r e a t m e n t t h ee x p e r i m e n tr e s u l t si n d i c a t e d t h a tt h em o s ts u i t a b l ec o n d i t i o nf o rc a n o np r o c e s sw a sa sf o l l o w s ：t h ev o l u m e t r i c l o a d i n g o fn i g + - nw a s0 1 0 4k gn l - h + _ n ( m ：d ) ，t h es b b r s y s t e mt e m p e r a t u r ea b o v e 3 0 ，d o1 2 9 m g 化t h ef r e ea m m o n i an i t r o g e n7 2 m g 化a n dt h ea c c u m u l a t i o nr a t e o fn o z - n4 8 9 0 w h e nt h ei n f l u e n tl o a d i n gr a t eo fm - 1 4 + - no ft h ef i r s ts b b r r e a c h e ds t e a d i l ya t0 2 2 9 蚝n h i + 一n ( m 3 d ) ，t h ea v e r a g e dc o dr e m o v a lw a s6 4 0 4 ， m e a n w h i l et h en h 4 4 nr e m o v a li n c r e a s e dt o7 2 4 5 k e yw o r d s ：l u f f ac y l i n d r i c a ls p o n g e ；s e q u e n c i n gb a t c hb i o f i l mr e a c t o r ( s b b r ) ； c o m p l e t e l ya u t o t r o p h i cn i t r o g e n r e m o v a lo v e rn i t r i t e ( c a n o n ) ； d e n i t r i f y i n gp h o s p h a t er e m o v a l h i 武汉理工大学学位论文 图形目录 图1 - 1 植物丝瓜络结构图 图1 - 2 丝瓜络生物结构网状沸石 5 6 图1 - 3 丝瓜络载体循环产峭l 酸反应器示意图声 图1 4 固定篮绿藻前后丝瓜络表面性状6 图1 - 5 e b p r 过程工程示意图一9 图1 _ 6e b p r 处理过程示意图- 9 图1 7 试验 图2 1 新型 图2 - 2 天然 图2 - 3 天然 图“传统 图2 - 5 挂膜朗问两种填料s b b r 反应器c o d 去除效率比梗一_ 2 0 图2 - 6 挂膜期问两种填科s b b r 反应器n h 4 + i q 去除效率比较2 0 图2 7 两种填料s b b r 反应器挂膜初期效果图 图2 - 8 挂膜成熟后天然l s 纤维填料s b b r 反应器外观效果图2 1 图2 - 9s b b r 中仙女虫生物显微镜照片( n i k o ne c l i p s ee 6 0 0 ，1 0 0 x ) 2 2 图2 1 0s b b r 中仙女虫体式显微镜照片伍1 1 3 0 ) 阔2 - 1 1 各阶段c o d 处理效果 图2 - 1 2 各阶段n - 1 4 + o n 处理效果 图2 - 1 3 各阶段t p 处理效果 2 4 2 4 图2 1 4 各阶段1 n 处理效果2 5 图2 - 1 5 t p 释放量与t p 容积负荷关系 一2 6 图2 - 1 6 t n 释放量与t n 容积负荷关系一2 6 图2 - 1 7s b b r 工艺处理生活污水的系统物料平衡示意图 图2 - 1 81 , s e 和x t ( s 0 _ s 0 关系图 图2 - 1 9 s b b r i z s n 与1 一之间关系图 图2 - 2 0 处理阶段1 1 中进出水t o c 变化情况 图2 - 2 1 天然l s 纡维填科在水处理前后距m 愚片 2 8 3 0 3 4 3 5 圈2 - 2 2 纤维素分解过程示意图3 5 图各2 3 半纤维素分解过程示意圉 国2 - 2 4 天然l s 纤维填科在蒸馏水中浸泡释放营养元素与有机物质照片_ 3 7 图2 - 2 5 蒸馏水中t p i n 含量变化 图2 - 2 6 天然l s 纤维填料s b r r 反应器处理生活污水中t o c 变化， 3 7 3 8 武汉理工大学学位论文 图3 - 1 天然l s 纤维填料s b b r 工艺示意图 4 1 4 2 4 4 4 5 图3 - 2 重力流分置式m b r 反应器示意图 图3 - 3s b r 和膜组件对t p 的相对去除效果 图妇一个周期内s b b r 内口和c 0 d 变化情况 图3 5 一个周期内s b b r 内l q l h - n 和t n 变化情况- 4 6 图3 - 6 一个周期内m b r 内1 l p 和c o d 变化情况一4 7 图3 - 7 一个周期内m b r 内 q i 1 4 + - w 和t n 变化情况 图3 - 8m b r 缺氧段内1 p 吸收量与c o d f r n 的关系 圈3 - 9m b r 中t o c t n 值与 i n 去除率的关系 圈3 - 1 0g s - m b r 在两种状态下膜通量变化情况 图3 - 1 1l s - s b b r 工艺处理生活污水的系统物料平衡示意图 图3 1 2g s - m b r 工艺处理生活污永的系统物料平衡示意图一 图3 - 1 3s b b r 工艺1 s e 和x u ( s o - s e ) 关系图 图3 1 4m b r 工艺1 s e 和x t ( s o - s e ) 关系图 图4 1 序批式生物膜c a n o n 工艺试验装置示意图 图4 - 2 序批式生物膜c a n o n 工艺试验装置照片一 图4 - 3 垃圾渗滤液混凝效果照片 图4 - 4 无混凝预处理条件下两级s b b r 对n i - h + n 去除效果 图4 - 5 无混凝预处理条件下两级s b b r 对t n 去除效果 图“无混凝预处理条件下两级s b b r 对t o c 去除效果 图4 - 7 启动提升阶段n i - 1 4 - n 去除效果 5 6 5 7 5 7 5 9 6 0 图4 8 启动提升阶段n i 1 4 - n 去除率与容积负荷的关系 图棚启动提升阶段前1 9 天内两级s b b r 对t n 的去除效果 6 2 -_ 6 2 6 3 6 3 6 4 6 5 图4 - 1 0 启动提升阶段前1 9 天内两级s b b r 对t o c 的去除效果 圈4 - 1 1 启动提升第1 0 d 各进出永u v 吸光度曲线 圈4 - 1 2 两级l s - s b b r 稳定运行阶段n h 4 + - n 去除效果 图4 - 1 3 两级l s - s b b r 稳定运行阶段c o d 去除效果够 图4 - 1 4 稳定运行阶段二级s b b r 中c a n o n 效果 图4 - 1 5 二级s b b r 厌氧段n i h - n 去除量与n 0 2 - n 去除量关系6 7 图4 - 1 6 稳定运行阶段n 0 2 书积累事与温度的变化情况一6 9 图4 - 1 7 稳定运行阶段n o i - n 积累率与温度的关系 尊雩-的却记足皿 武汉理工大学学位论文 表格目录 表1 - i 丝瓜络纤维及其他农作物植物纤维化学成分 表2 - 1 进水水质指标 表2 - 2 试验的测试项目和仪器 表2 - 3 不同处理阶段中s b b r 对污染物处理效果 表2 - 4 常数值v 一、k 参数计算表 。) 1 8 1 8 2 2 3 0 表2 - 5 各阶段c o d f f p 和c o d t n 变化情况，| 3 【4 表2 - 6 植物纤维材料所含营养元素n ，p 量一3 6 表2 - 7 几种填料s b b r 工艺对污水t n 去除效果的比较，3 8 表3 - 1 天然l s 纤维填料s b b r 工艺对实际生活污水的处理效果 表3 - 2 重力流分置式m b r 对实际生活污水的处理效果4 3 表3 - 3 a n a 运行条件下一周期内s b b r 内污染物去除效果j 4 5 表3 4 a o - a 运行条件下一周期内m b r 内污染物去除效果4 7 表3 - 5s b b r 常数值v 。、e 参数计算蓑一5 1 表3 - 6 m b r 常数值v 一、k 参数计算表 表4 1 垃圾渗滤液生物脱氮工艺处理效果5 4 表4 - 2 高级氧化技术处理垃圾渗滤波的局阻一一一5 5 表4 - 3 渗滤液水质指标”- 5 8 表4 4 无混凝预处理条件下两级s b b r 对污染物质的去除效果 表4 - 5 两级s b b r 游离氨浓度与n 0 2 - n 积累率致值一6 8 表4 - 6 稳定阶段两级s b b r 运行效果7 1 v n i 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人， 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的 学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：日期： 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保 留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：导师签名：日期： 武汉理工大学学位论文 1 1 研究背景 第1 章绪论 污水生物处理工艺已经成为城市污水及部分重点工业废水的主要处理手段， 污水除磷脱氮工艺是水污染控制技术的研究热点之一i ，也是我国需要紧迫解 决的环境问题。新型强化生物除磷( e n h a n c e db i o l o g i c a lp h o s p h a t er e m o v a l ，e b p r ) 的实践表明在缺氧的条件下部分聚磷菌( p o l y p h o s p h a t ea c c u m u l a t i n go 辔l n i s m s ， p a o s ) f i 以利用硝酸盐为电子受体吸收磷，为污水生物除磷开辟了新的途径 3 - 5 1 而短程硝化( s i n g l er e a c t o rh i g ha c t i v i t ya m m o n i ar c m o v a lo v e rn i t r i t e ，s h a r o n ) 与厌 氧氨氧化( a n a e r o b i ca m m o m ao x i d a t i o n , a n a m m o x ) 结合的s h a r o n - a n a m m o x 生物 脱氮工艺、一体化自养脱氮工艺( c o m p l e t e l ya u t o t r o p h i cn i t r o g e nr e m o v a lo v e r n i t r i t e 。c a n o n ) 等实现了在碳源缺乏条件下，达到经济高效生物脱氮的目的 6 1 目前这些新型生物脱氮除磷的工艺主要是在活性污泥工艺( a c t i v a t e ds l u d g e p r o c e s s ，a s p ) 内实现的 7 - s 。与传统活性污泥工艺相比，生物膜工艺对于污水的水 质、水量的变化有更强的适应性，生物相更加丰富，原生动物与后生动物更容易 在附着生物系统中增殖，污泥产量少1 9 一o l 。然而生物膜载体填料的缺陷往往影响 生物膜工艺运行的效果，采用普通填料的生物滤池在对有机污染物的去除效果有 时低于传统活性污泥工艺的运行效果1 1 1 1 。从普通的生物滤池、高负荷生物滤池、 塔式生物滤池到生物转盘工艺，再到移动床生物膜反应器( m o v i n gb e db i o f i l m r e a c t o r , m b b r ) 和序批式生物反应器( s e q u e n c i n g b a t c hb i o f i l mr e a c t o r , s b b r ) ”j 的出现，生物膜工艺形式得到了不断丰富，水质处理效果明显提升。生物膜工艺 的持续发展为生物膜体系内实现新型生物除磷脱氮提供了技术前提。研究者们已 经对序批式活性污泥( s e q u e n c i n gb a t c hb i o r 。a c t o r s b r ) 系统内e b p r 工艺的作用 效果进行了初步研究，考察了反硝化除磷效果及影响因素，然而在附着生长微生 物系统内如s b b r 中反硝化聚磷菌生长与作用效果仍有待深入分析。同样地，目 前国内外对于生物膜体系内一体化自养脱氮工艺( c o m p l e t e l ya u t o t r o p h i cn i t r o g e n r e m o v a lo v e rn i t r i t e ，c a n o n ) 的研究报道较少，其自养脱氮的效果、影响因素尚 有待研究。因此，采用可以为厌氧氨氧化细菌在生物膜内生长提供有利的场所的 高效填科的序批式生物膜反应器，是新型经济高效污水强化生物除磷脱氮工艺的 研究方向之一 武汉理工大学学位论文 1 2 文献综述 1 2 1 生物膜载体填料的研究与应用进展 生物膜填料提供了微生物附着生长的载体，其性能对生物膜性能起着关键作 用【1 1 】。c o o k e l l 6 1 等认为在稳定运行生物膜系统内同时发生以下六个过程：基质 在液膜之问的运输、基质在生物膜内的扩散、活细胞利用基质生长、基质利用引 起的非活性细胞生长、脱附和腐烂引起的生物量损失。关于生物膜附着过程的机 理主要有“四阶段学说【1 7 1 ”和“六阶段学说1 1 s 】”；生物膜附着过程的模型主要有“三 阶段模型1 1 9 1 、“离散微分模型【刎”和“六阶段模型【2 1 h ( 1 ) 生物膜附着过程“四阶段学说” 有机分子向固体表面的输送和吸附。有机单分子层的吸附发生在载体与液体 接触的最初，这种吸附是微生物附着的必要条件。 动力学增长期。潜伏期形成的分散菌落开始迅速增长，逐渐覆盖载体表面。 此阶段基质降解率和产物产率都趋于最大。当基质降解和产物产率达到最大时， 活性生物量达到最大，而生物膜总生物量继续增加。 线性增长阶段。这一阶段非活性生物量以一定速率积累，生物膜厚度随肘阅 线性增长，而活性生物量保持不变且达到最大。 减速增长期。减速增长期是生物膜在某一质量和膜厚上达到稳定的过渡期， 在这一阶段，生物膜对水力剪切极为敏感，水力剪切作用限制了新细胞在生物膜 上的进一步积累，生物膜增长与水力剪切作用形成动态平衡。这时可观察到出水 中悬浮物浓度明显增大。 生物膜静止期。生物膜静止期是生物膜新生细胞与由于各种物理力所造成的 生物膜损失达到平衡的阶段。静止期的时间与运行条件( 如基质浓度、剪切力等) 有关。 脱落期随着生物膜的成熟，部分生物膜发生脱落，影响这一过程的因素很多， 生物膜内部细菌自溶和由于厌氧层作用使得生物膜与载体表面问相 ( 2 ) 生物膜附着过程“六阶段学说” 潜伏期。这一过程微生物在载体表面逐渐形成小的、分散的微生物群落。这 些初始菌落首先在载体表面不规则处形成，这一阶段持续时间取决于进水基质浓 度以及载体表面特性 动力学增长期潜伏期形成的分散菌落开始迅速增长，逐渐覆盖载体表面。 此阶段基质降解率和产物产率都趋于最大当基质降解和产物产率达到最大时， 活性生物量达到最大，而生物膜总生物量继续增加 线性增长阶段。这一阶段非活性生物量以一定速率积累，生物膜厚度随时 2 武汉理工大学学位论文 阅线性增长，而活性生物量保持不变且达到最大。 减速增长期。减速增长期是生物膜在某一质量和膜厚上达到稳定的过渡期， 在这一阶段，生物膜对水力剪切极为敏感，水力剪切作用限制了新细胞在生物膜 上的迸一步积累，生物膜增长与水力剪切作用形成动态平衡。这时可观察到出水 中悬浮物浓度明显增大。， 生物膜静止期。生物膜静止期是生物膜新生细胞与由于各种物理力所造成 的生物膜损失达到平衡的阶段。静止期的时间与运行条件( 如基质浓度、剪切力 等) 有关 脱落期。随着生物膜的成熟，部分生物膜发生脱落，影响这一过程的园素很 多，生物膜内部细菌自溶和由于厌氧层作用使得生物膜与载体表面间相互作用 力的减弱等均可加速生物膜脱落。 微生物载体填料作为生物膜工艺核心问题，直接影响着微生物的生长、繁殖、 脱落和形态。良好的生物膜填料应该具有适宜的比表面积、孔隙率、形状与填充 度以及稳定性与经济往i 2 2 - 2 3 j 。 ( 1 ) 比表面积。填料作为附着生物膜的部位，。具有较大的比表面积能够确保一 定的生物量盼实现生物膜反应器的功能。但是，生物膜填料比表面积过大会造成 填料内水流阻力增大，容易导致填料堵塞，提高系统能耗。现有生物膜填料的比 表面积多在1 0 0 - 4 0 ( ) m 2 m 3 之间。 口) 孔隙率。填料的孔隙率决定了废水的有效停留时闯。空骧率越大，废水的 实际停留时间越长，其容积利用率越高，水流阻力越小，从而减少反应器堵塞和 短流的可能性，同时填料用量减少，基建投资降低。但是，空隙率越高，比表面 积和机械强度就越小，反应器出水中的悬浮物浓度也就越高。现有填料的孔隙率 般在9 5 左右。 f 3 ) 形状与填充度。填料的形状尺寸不仅影响其比表面积和空隙率，而且影响 填料问的水流流态，进而影响废水与生物膜之间的传质和生物膜的更新。填料的 填充度对反应器的处理能力及水流流态都有着较大的影响。 ( 4 ) 稳定性与经济性。生物膜反应嚣中填科还应其有较好的稳定性和良好的经 济性。生物膜填料应具有足够的强度，且本身质轻，能抵抗废水和微生物的侵蚀， 不溶出有害物质而引起二次污染不含对微生物有影响的物质。填料的费用一般 约占生物膜工艺总投资的3 0 - 4 0 因此，经济合理地选择填料是非常重要的， 显然，如果材质价格低，易于就地取材，加工方便，就能降低填料的成本。 当前在我国常用的填料有下列几种i 纠。 ( 1 ) 蜂窝状填料材质为玻璃钢及塑料，这种填料具有一系列的特性，其中主 要是，比表面积大，从1 3 3 m 2 m 3 到3 6 0 m 2 m 3 ( 根据内切圆直径而定) ；空隙率高， 3 武汉理工大学学位论文 达9 7 9 8 ；质轻但强度高，堆积高度可达4 - 5 m ：警壁光滑无死角，衰老生物 膜易于脱落等 蜂窝状填料的主要缺点是，当选定的蜂窝孔径与b o d 负荷率不相适宜，生 物膜的生长与脱落失去平衡，填料易于堵塞；当采用的曝气方式不适宜时，蜂窝 管内的流速难于均一等。对此，应该采取适当的对策。选定的蜂窝孔径应与b o d 负荷率耜适应；采用全面曝气方式；采取分层充填措施，在二层中间留有 2 0 0 3 0 0 m m 的间隙，每层高不超过1 5 m ，使水流在层间再次分配，形成横流与紊 流，使水流得到均匀分布，并防止中下部填料因受压而变形( 带膜放空时更易如 此1 。 ( 2 ) 波纹扳状填料。我国采用的波纹板状填料，是以英国的 f l o c o r 填料为基 础，用硬聚氯乙烯平板和波纹板相隔粘接而成。这种填料的特点，主要是孔径大， 不易堵塞；结构简单，便于运输、安装，可单片保存，现场粘合；质轻高强，防 腐蚀性能好。其主要缺点仍然是难以得到均一的流速。 ( 3 ) 软性填科即软性纤维状填料，是8 0 年代初我国自行开发的填料。这种 填料一般是用尼龙、维纶、涤纶等化纤编结成束并用中心绳连接而成。软性填料 的特点是比表面积大、重量轻、化学性能稳定、运输方便、组装容易等。在实际 使用中发现这种填料的纤维束易于结块，并在结块中心形成厌痒状态。 ( 4 ) 半软性填料。由变性聚乙烯塑料制成，它既有一定的刚性，也有一定的柔 性，保持一定的形状，同时又有一定的变形能力。这种填料具有良好的传质效果， 对有机物去除效果高、耐腐蚀、不堵塞、易于安装。 ( 5 ) 盾形填料。这是我国自行开发的，它是由纤维束和中心绳所组成，而纤维 束由纤维及支架所组成，支架用塑料组成，中留孔洞，可通水、气。中心绳中问 嵌套塑料管，用以固定距离及支承纤维柬。这种填料的纤维固定在塑料支架上， 这样能够经常处在松散的状态，避免了软性纤维填科出现的结团现象，布水、布 气作用也好，与污水接触及传质条件良好 ( 6 ) 不规则粒状填料。这是早期使用现在仍然在沿用的填料，其中有沙粒、碎 石、无烟煤、焦碳以及矿渣等，粒径一般由几彻到数十m m 。这类填科的主要 特点是表面粗糙、易于挂膜、截留悬浮物的能力较强、易于就地取材、价格便宜。 存在的问题是水流阻力大。易于产生堵塞现象，对此，应正确地选择填料及其粒 径。 仍球形填料这是新开发的一种填科，星球状。直径不，在球体内设多个 呈规律状或不规律的空间和小室，使其在水中能够保持动态平衡。这种填料便于 填充，但要采取措施，防止其向出口处集结的现象。 由此可见，现有生物膜反应器填料普遍为合成材料，生物膜挂膜周期长，填 4 武汉理工大学学位论文 料废弃后又会造成二次污染等闯题，因此，开发新型生物膜填料成为生物膜反应 器的研究热点之一。 1 2 2 植物丝瓜络天然纤维材料在水处理中的研究进展 植物丝瓜络天然纤维( l 咖掣fs p o n g e 。l s ) 是年生攀援植物丝瓜的果 实风干后具有天然密布的网状纤维结构l 蠲，富含纤维素和木质素例，如图1 1 ， 丝瓜络的组织成分如表1 1 所示由于丝瓜络独特的天然微网纤维结构，它被用 来作为制备各种材料的结构载体，鲇c s 岫等瞄j 利用丝瓜络制备出了网状沸 石，与传统沸石相比表面积大为增加，如图1 2 所示。并且丝瓜络还可以作为细 胞固定化的天然载体，r o b l e 等田l 利用循环生物反应器内丝瓜络载体上固定 确弘曙醐晒鲥砸脚疗和三4 c 幻c 蝴肠螗s p p 己粥豳细菌从木薯淀粉中提取出了 l 乳酸，如图1 3 所示。m a z m a n c i 等【冽利用固定砌凇妇抑o g i i 细菌于丝瓜络纤维 表面，实现了对r e a c i i v e 矾a c k5 型染料废水的脱色处理。a l 【h t a r 等闭在丝瓜络纤 维表面固定c h l o r e l l as 锄焰n i 粗a 绿藻对污水中镉的最大吸附值达到了1 9 2 m 如， 7 3 2 的重金属镉被吸附。s c d 等1 2 9 j 固定蓝、绿藻于丝瓜络表面放置于圆柱体 形固定床反应器中，如图1 - 4 所示，对水体中镉的最大吸附量达到y 5 7 7 6 m g g 。 丝瓜络还可以作为水质吸附的天然材料。h a s s a n l ，2 1 等研究了丝瓜络纤维季氨 化反应与离子交换的性能。 由此可知，天然纤维l s 具有适宜的比表面积、孔隙率、形状、填充度以及 稳定性，同时经济性能也十分优越，必将在污水处理领域具有十分广阔的应用前 景。 圈1 - 1 植物丝瓜络结构图 r 量1 1s t m a m to f 红和9 椭西噍耐印咖g e 5 武汉理工大学学位论文 图1 2 丝瓜络生物结构网状沸石 f i 昏1 2b i o m o r p h i cz c o l i t ef i _ a m e w o r k sa c c o r dt ol u f f ac y l i n d r i c a ls p o n g e 图1 - 3 丝瓜络载体循环产l 乳酸反应器示意图 f i g 1 - 3s k e t c hm a p o fc i r c u l a t i n gl o o pb i o r e a c u 3 rf o rl - l a c t i ca c i dp r o d u c t i o n 图1 4 固定蓝绿藻静后丝瓜络表面性状 f i g 1 - 4 f i b r o 峭n e t w o r k o f l o o f as p o n g e ( a ) b e f o r e a n d ( b ) a f t e r i m m o b i l i z a t i o n o f c y a n o b a c t e r i a ic e l l so fs y n e c h o c o c c u ss p 6 武汉理工大学学位论文 表1 - 1 丝瓜络纤维及其他农作物、植物纤维化学成分p l l t a b 1 1c h e m i c a lc o m p o s i t i o no f lc y l i n d r i c a la n ds o m ec o m m o na g r o b a s e da n d w o o df i b e r s 删型a 簪嚆素訾木器n ) 鬻酒葛取 丝瓜络7 9 55 8 31 5 01 3 6 1 8 2 西 剑席 4 3 - 6 3 92 1 - 2 48 - 1 1o 6 - 1 竹 6 8 8 - 7 23 2 4 4 2 7 3 21 9 - 2 4 1 5 - 5 3 2 - 7 9 亚麻 4 5 鹄6 1 71 0 1 52 - 58 9 洋麻 黄麻 甘蔗渣 麦杆 美洲山毛榉 ( m 红枫( 田 红桤术( 1 1 ) 黄桦树( 啦 自橡树( m 自冷杉( s ) 落叶松( s ) 7 7 d 7 4 0 7 3 d 6 7 o 6 6 6 5 3 1 - 3 9 5 6 3 3 l 矗3 2 麓日6 2 4 9 o 4 7 0 4 4 0 4 7 o 4 7 o 4 9 j 0 4 8 0 1 6 1 1 8 2 t 2 7 6 3 1 s 2 1 勰 2 n 0 1 8 0 2 0 o 2 3 o 2 0 0 6 0 9 | o & 1 2 1 2 1 2 6 1 7 导2 3 1 1 9 2 5 5 2 2 o 2 1 o 2 4 0 2 l d 2 7 d 2 8 田 2 7 0 0 a 0 3 o 7 0 ，4 0 4 0 - 4 3 3 7 5 0 9 0 5 2 孓1 0 8 2 1 - 5 1 2 o 3 0 2 0 加 3 0 2 m 2 o 羔鳖竺竺：! !竺竺：! 注：a ( 田为硬术，( s ) 为软木 b 酒精，苯混合萃取 1 2 3 序批式生物膜工艺在污水处理中研究进展 序批式生物膜反应器( s b b r ) 的开发是为了防止比生长速率小的微生物在水 和波动过大的反应器中被“淘洗”出去的目的而设计的。它是将填科生物膜方式 代替活性污泥工艺，按