废涤纶—珊瑚砂组合填料用于污水处理的试验研究

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近些年来,国家大力提倡固废资源化利用,变废为宝。生物膜反应器填料正向固体废物资源化利用方向转变。本文以固体废物废涤纶(FDL)以及廉价易得的天然沿海材料珊瑚砂(SHS)作生物膜填料,设计制作了废涤纶固定床生物膜反应器(FDL-FBBR)和废涤纶-珊瑚砂组合填料固定床生物膜反应器(FDL-SHS-FBBR);通过对比FDL-FBBR和FDL-SHS-FBBR两种反应器挂膜启动特性以及反应装置稳定运行过程中污染物降解情况、填料表面生物量以及生物膜中微生物种类的变化情况等,判断废涤纶和珊瑚砂组合作生物膜填料的可行性。通过单因素试验,探究了FDL-SHS-FBBR反应器高效运行的最优参数;再通过正交试验,确定FDL-SHS-FBBR处理污水的最佳工艺参数组合;并将该参数组合用于实际生活污水处理,探究组合填料应用于实际污水处理的可行性。通过试验得出以下结论:(1)在挂膜试验中,不论是从挂膜时间、单位质量填料的生物膜量,还是对污染物处理效果方面,FDL-SHS-FBBR都优于FDL-FBBR。FDL-SHS和FDL填料表面生物膜分别在挂膜第8天和第10天后趋于稳定,两者生物膜更新周期分别为6天和7天。反应器运行稳定之后FDL-SHS-FBBR对COD、NH4+-N、TP的去除率最高分别可以达到96.1%、87.7%、65.5%,FDL-FBBR对COD、NH4+-N、TP的去除率最高分别可以达到94.1%、82.9%、60.0%。(2)通过单因素试验发现,进水p H、填充率、DO、HRT和进水COD对污染物降解都有影响。当反应器稳定运行时,FDL-SHS-FBBR对于模拟生活污水中COD、NH4+-N、TP的去除率最高分别可以达到97.1%,87.5%、69.6%,出水COD、NH4+-N质量浓度均能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A排放标准,出水TP质量浓度能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)二级排放标准。(3)在正交试验中,以DO、HRT、进水COD、填充率、进水p H五个因素为复合变量研究其对模拟生活污水中污染物去除率的影响规律,并分析各因素的最优参数组合。综合考虑试验结果,当进水p H为8、HRT为9 h、进水COD为400.0 mg/L、填充率为9.3 g/L、DO为2.5 mg/L时对污水处理效果最好。(4)FDL-SHS-FBBR处理实际生活污水的研究中发现,反应器平稳运行期间对NH4+-N的平均去除率为79.0%,COD的平均去除率为89.1%,TP的平均去除率为56.1%,污水处理效果良好,出水水质能达到相关标准。(5)扫描电镜分析结果表明,珊瑚砂表面粗糙,疏松多孔;涤纶丝纵横交错,表面有细小颗粒物,均有利于微生物的附着和挂膜。废涤纶的比表面积大于珊瑚砂,而珊瑚砂的内部孔径大于废涤纶,珊瑚砂和废涤纶的这两种特性互补,为微生物提供独特的生长环境,有利于微生物种类的多样化。红外光谱分析结果表明,废涤纶中含有羟基、羰基等亲水基团;珊瑚砂表面也有不饱和烃基、羟基等基团,这些基团的存在有利于微生物生长和挂膜。生物膜特性分析结果表明,废涤纶-珊瑚砂组合填料在挂膜成功时间、脱氢酶活性、单位质量填料生物膜量、填料的更新周期等方面均优于单一废涤纶填料。与单一废涤纶填料相比,废涤纶-珊瑚砂组合填料表面的菌胶团更加紧密,指示生物数量更多。废涤纶-珊瑚砂组合填料性能优良,具有推广应用价值。
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