【正文】 藝流程 試驗(yàn) 裝置 氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器 為不銹鋼制， 反應(yīng)區(qū)有效容積為 60L，脫氣沉淀區(qū)有效容積為 25L，反應(yīng)器各部位尺寸如圖所示。 圖 31 氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器結(jié)構(gòu)圖 the schematic diagram of spiral flow internalloop airlift bioreactor 氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器處理生活污水的試驗(yàn)研究 18 工藝流程 氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器的工藝流程圖如圖所示。試驗(yàn)用原水經(jīng)恒流泵提升后進(jìn)入反應(yīng)器底部，其流量通過轉(zhuǎn)子流量計(jì)觀測；反應(yīng)器的曝氣量由空氣泵提供，空氣流量由氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)觀測；在升流區(qū)進(jìn)行曝氣充氧時(shí)，空氣，污水，載體在高壓空氣的推動(dòng)下被提升，由于升流區(qū)和降流區(qū)的密度差和高壓氣體的推動(dòng)作用，使得氣、液、固三相在升流區(qū)和降流區(qū)之間循環(huán)流動(dòng)，加快了微生物 和污水之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，強(qiáng)化了傳質(zhì)作用。升流區(qū)的載體在三相分離器外擋板及導(dǎo)流板的作用下，在降流區(qū)沉淀至反應(yīng)器底部。 圖 32 氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器試驗(yàn)裝置圖 the schematic diagram of experimental setup 試驗(yàn) 材料 載體 填料是 氣提式內(nèi)循環(huán) 反應(yīng)器的核心，是微生物得以生長的載體。因此，對(duì)新疆大學(xué)碩士學(xué)位論文 19 填料的要求應(yīng)注意以下幾個(gè)方面： （ 1） 生物膜生成、固著性能良好，有利于微生物的附著生長； （ 2） 比表面積較大，可以附著較大的生物量； （ 3） 其構(gòu)型應(yīng) 利于形成氣相、液相的高湍流程度，以保證氣液相、固液相和氣固相之間的傳質(zhì)，這是提高 氣提 反應(yīng)器處理效率的重要保證； （ 4） 化學(xué)及生物學(xué)的穩(wěn)定性強(qiáng)，不溶出有毒有害物質(zhì)，無有害成分 ， 不影響生物轉(zhuǎn)化過程； （ 5） 形狀規(guī)范、尺寸均一，布?xì)?、布水均勻，避免形成堵塞，影響氣、液、固之間的傳質(zhì)過程； （ 6） 重量輕，比重與水接近，不使水中構(gòu)筑物承擔(dān)過大的荷載，具有一定的強(qiáng)度，堅(jiān)固耐用； （ 7） 價(jià)格便宜，供應(yīng)充分，易于購買，便于安裝和運(yùn)輸 [29]。 本試驗(yàn)所用載體為 大連生源水處理設(shè)備發(fā)展有限公司 生產(chǎn) 的 BM2 型號(hào)生源生物膜載體，規(guī)格為 直徑 10mm、高 10mm 的懸浮填料，該填料為 中空 圓柱體，內(nèi)部有十字撐面， 如圖所示， 材質(zhì) 為 再生資源材料，親水性材料和生物酶促進(jìn)劑配方，比表面積為 1200m2/m3，密度為 ()103kg/m3，該填料的生物膜厚度較小（ 10300μm），催化活性高，傳質(zhì)、傳氧效率高。 圖 33 BM2 填料 照片 the picture of filler BM2 氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器處理生活污水的試驗(yàn)研究 20 試驗(yàn) 菌種及污水來源 試驗(yàn)菌種為 烏魯木齊市虹橋污水處理廠 A 段沉淀池活性污泥 ；試驗(yàn)用原水取自 新疆大學(xué)學(xué)生生活區(qū) 16 號(hào)公寓樓旁的 下水 匯水干管，主要匯水區(qū) 包括 食堂、學(xué)生宿舍樓、試驗(yàn)樓、教師生活區(qū)及其他片區(qū)，水質(zhì)為典型生活污水 。 表 31 原水水質(zhì) Scenic water quality 項(xiàng)目 COD(mg/L) NH4+N (mg/L) TN(mg/L) TP(mg/L) SS(mg/L) 數(shù)值 193412 試驗(yàn) 設(shè)備與儀器 試驗(yàn)設(shè)備與儀器如表 32 所示： 表 32 試驗(yàn)設(shè)備與儀器一覽表 the list of test equipment and apparatus 儀器 名稱 型號(hào) 規(guī)格 數(shù)量 廠家 潛水泵 SP7800 Q=3000L/Hr， H=，P=75W 1 深圳市興日升實(shí) 業(yè)有限公司 多通道 恒流泵 BT1002 Q=2()mL/h，壓力 ≥上海滬西分析儀器廠有限公司 電磁式 空氣泵 ACO004 Q=75L/min，壓力=28KPa， P=58W 1 廣東日生集團(tuán)有限公司 轉(zhuǎn)子流量計(jì) (水 ) LZB4 轉(zhuǎn)子流量計(jì) (氣 ) LZB10 2502500 L/h 1 上海榮華儀表廠 檢測項(xiàng)目與分析方法 試驗(yàn) 部分是本課題的主體，對(duì) 氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器 的控制因素進(jìn)行調(diào)整，通過 試驗(yàn) 分析并及時(shí)校合，實(shí)時(shí)觀察相應(yīng)階段的污泥相、生物相形態(tài)變化，以便更深入的對(duì)其進(jìn)行研究。 本試驗(yàn)的分析項(xiàng)目主要包括 COD、 NH4+N、 NO2N、NO3N、 TP、 TN、 SS、 DO、 SV、 MLSS、 SOUR 等 指標(biāo)， 各指標(biāo) 的分析方法 詳見表 33。 新疆大學(xué)碩士學(xué)位論文 21 表 33 分析方法匯總表 the analytical methods for measurements in the experiments 序號(hào) 項(xiàng) 目 方 法 1 COD 重鉻酸鉀法 2 NH4+N 納氏試劑分光光度法 3 NO2N N（ 1萘基） 乙二胺光度法 4 NO3N 紫外分光光度法 5 TN 過硫酸鉀消解法 6 TP 過硫酸鉀消解 —鉬銻抗分光光度法 7 SS 重量法 8 SV 量筒法 9 MLSS 重量法 10 SOUR 溶解氧電極法 11 DO HANNA便攜式 溶氧儀 試驗(yàn)分析項(xiàng)目所需儀器如表 34 所示。 表 34 試驗(yàn)分析所需儀器匯總表 the list of test analyse apparatus 儀器名稱 型號(hào) 廠家 備注 電子天秤 AL204 Mettler Toledo 便攜式溶氧儀 HI 98186 HANNA 鼓風(fēng)干燥箱 DHG9140A 上海一恒科技 有限公司 手提式壓力蒸汽消毒器 GMSX280 北京市永 光明醫(yī)療儀器廠 雙光束紫外可見光光度計(jì) 760CRT 上海棱光技術(shù) 有限公司 配電腦， P4，windows98 磁力攪拌器 DF101S 天津天巴儀器 廠 試驗(yàn) 過程設(shè)計(jì) 為了更科學(xué)有效地進(jìn)行試驗(yàn)，有必要 做好 試驗(yàn) 安排 ，明確試驗(yàn)內(nèi)容。正交實(shí)驗(yàn)部分分為 9 個(gè)階段，每個(gè)階段歷時(shí) 14d，共 126d?；钚晕勰嗟娘@微鏡觀察分別在氣提反應(yīng)器的培菌啟動(dòng)階段和穩(wěn)定運(yùn)行階段各進(jìn)行一次。試驗(yàn) 過程中的水質(zhì)氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器處理生活污水的試驗(yàn)研究 22 指標(biāo) COD、 NH4+N、 NO2N、 NO3N、 TN、 TP 等為每兩天測一次， SS、 MLSS、SV、 SVI 以及 SOUR 為每個(gè)正交實(shí)驗(yàn)階段測兩次 。 最佳參數(shù)的選擇 試驗(yàn)原水處理目標(biāo)參照 2021 年 12 月 24 日國家環(huán)境保護(hù)總局和國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局聯(lián)合發(fā)布， 2021 年 7 月 1 日正式實(shí)施的 《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（ GB 189182021） 中規(guī)定的 二級(jí)標(biāo)準(zhǔn) ，在這一標(biāo)準(zhǔn)中 CODcr 的最高允許排放濃度為 100mg/L， NH4+N 的最高允許排放濃度為 25mg/L， SS 的最高允許排放濃度為 30mg/L。本試驗(yàn)中，將利用正交實(shí)驗(yàn)方法來確定滿足以上標(biāo)準(zhǔn)的氣提反應(yīng)器處理生活污水的最佳參數(shù)組合。 抗沖擊負(fù) 荷 試驗(yàn) 氣提 式內(nèi)循環(huán) 反應(yīng)器的降流區(qū)接近于推流式，升流區(qū)接近于完全混合式，整個(gè)反應(yīng)器可以模擬為一個(gè)推流式和一個(gè)完全混合式的串聯(lián)；而反應(yīng)器內(nèi)投加量填料，使得氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器具備了活性污泥法與生物膜法的雙重特點(diǎn)。 載體與混合污泥的流化狀態(tài)提高了有機(jī)物和氧氣的 傳質(zhì)效果 并保持流化 床內(nèi)良好的混臺(tái)流態(tài) ，使污水 一旦進(jìn)入 反應(yīng)器內(nèi) ，就能很快得到混合、稀釋， 因此，氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器具有很好的抗沖擊負(fù)荷能力，為了對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證，本試驗(yàn)將對(duì)氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器抗水量、水質(zhì)沖擊負(fù)荷進(jìn)行研究，并探討了反應(yīng)器的二次啟動(dòng)問題。 活性 污泥特性研究 污水生物處理中的污泥主要由微生物構(gòu)成，而微生物又是污水生物處理的關(guān)鍵，因此有必要對(duì)氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器的污泥部分進(jìn)行相關(guān)研究，本文將考察活性污泥的外觀結(jié)構(gòu)和微生物種群的多樣性，并通過監(jiān)測污泥的 SV、 MLSS 和比耗氧速率 SOUR 來分析氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器的污泥特性。 新疆大學(xué)碩士學(xué)位論文 23 第四章 試驗(yàn) 運(yùn)行過程與數(shù)據(jù)分析 氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器的啟動(dòng)與掛膜 所有的新投產(chǎn)污水處理工藝都需要經(jīng)歷一個(gè)微生物的培菌過程，使新投產(chǎn)的污水生化處理系統(tǒng)從無到有，培育適合該污水想適合的菌種。污水生化處理系統(tǒng)的培菌通常分為兩種，即接 種培菌和自培菌 [30]。 （ 1）接種培菌 概要性的講，接種培菌就是將相近的污水處理廠的活性污泥或脫水后的污泥運(yùn)到準(zhǔn)備啟動(dòng)的污水處理現(xiàn)場，在經(jīng)過一系列培菌步驟完成對(duì)整個(gè)污水生化處理系統(tǒng)的啟動(dòng)。接種培菌在新投產(chǎn)的污水生化處理系統(tǒng)中比較常用，主要是因?yàn)榕嗑臅r(shí)較短，有利于整個(gè)污水處理系統(tǒng)的盡快啟動(dòng)。為此，對(duì)能量的消耗就比較少，因?yàn)檫^度的延長培菌時(shí)間會(huì)消耗掉過多的資源，特別是電能方面。而其缺點(diǎn)主要表現(xiàn)在軍中的適應(yīng)性方面，因?yàn)榻臃N過來的菌種對(duì)新的污水是不適應(yīng)的，為此培菌過后的一段時(shí)間內(nèi)仍有菌種會(huì)不斷的優(yōu)化。在這種優(yōu)化 的過程的，由于形成優(yōu)勢(shì)菌種需要時(shí)間，對(duì)去除率和系統(tǒng)穩(wěn)定性方面存在一定的影響。 （ 2）自培菌 自培菌的過程是先讓待處理污水進(jìn)入生化處理系統(tǒng)，同時(shí)需控制好進(jìn)入系統(tǒng)的污水濃度和進(jìn)水量，一般進(jìn)水濃度控制在正常值的 20%，然后開始進(jìn)行悶曝階段。由于自培菌階段微生物啟動(dòng)的基礎(chǔ)很差，啟動(dòng)初期需要投加大量的甲醇、蔗糖等易降解的碳?xì)浠衔?，所以較接種培菌的耗時(shí)來說會(huì)更長，這是在培菌啟動(dòng)階段需要注意到地方，其培菌開始到進(jìn)水正常運(yùn)行的耗時(shí)需要有計(jì)劃性的準(zhǔn)備。自培菌的優(yōu)點(diǎn)是針對(duì)性強(qiáng)，因?yàn)樽耘嗑窃谖鬯奶囟ǔ煞謼l件下培養(yǎng)微生物，因 此自培菌的微生物對(duì)污水的有機(jī)降解效率要高于接種污泥的去除效率。 本試驗(yàn)采用接種培菌法，活性污泥 取自烏魯木齊市虹橋污水處理廠 A 段沉淀池 。 氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器 中生物膜的培養(yǎng)和形成是 反應(yīng)器 能否正常運(yùn)行的關(guān)氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器處理生活污水的試驗(yàn)研究 24 鍵。 試驗(yàn)伊始 向反應(yīng)器 中 投加 6L 經(jīng)沉淀后的活性污泥菌種以及 6L 填料 ，再向反應(yīng)器 中 加入生活污水至反應(yīng)區(qū)與 脫氣 沉淀區(qū)交界處 (約 60L)，在此采用 的空氣量進(jìn)行悶曝 10d，此時(shí)填料大部分處于懸浮狀態(tài)，填料掛膜后沉淀，載體上 的 生物膜呈淺黃色且透明但厚度不均勻 ，當(dāng)曝氣量 為 分離器開孔溢出。 之后 采用 ，加水至滿繼續(xù)悶曝 3d 后 改用 以6L/h 的流量連續(xù)進(jìn)水 啟動(dòng)反應(yīng)器，連續(xù)運(yùn)行 16 天。 由顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，生物膜逐漸長成至成熟，載體上有大量的鐘蟲、輪蟲、絲狀菌、草履蟲和線蟲等，成熟的生物膜呈黃色且透明，同時(shí)也獲得了較為穩(wěn)定的出水，表明掛膜成功。 正交實(shí)驗(yàn) 因素及水平的選定 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是研究多因素多水平的一種試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，它是根據(jù)正交性從全面試驗(yàn)中挑選出部分有代表的點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，這些有代表的點(diǎn)具備了均勻分散，齊整可比的特點(diǎn)，正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是一種高效率、快速、經(jīng)濟(jì)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。 做 正交實(shí)驗(yàn)首先要選定試驗(yàn)所用因素及因素水平，影響氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器運(yùn)行效果的因素很多，如填料體積、曝氣量、水力停留時(shí)間、泥齡、 COD 負(fù)荷等。 （ 1）填料體積 氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器的微生物量主要取決于兩個(gè)因素：一是懸浮的活性微生物量，而是載體生物膜中生長的微生物量。填料載體的多少就是影響載體中物膜量的重要因素，載體上生長的微生物數(shù)量不受反應(yīng)器排泥的影響，填料體積是氣提式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器可控制的因素之一。因填料掛膜期間，微生物的生長需要時(shí)間，這使得填料體積因素不適合被納入正交實(shí)驗(yàn)，所以在氣提反應(yīng)器成功啟動(dòng)以后，就進(jìn)行填 料體積的單因素分析 [31]。 試驗(yàn)過程中考察的 固定因素 為水力停留時(shí)間 HRT=10h，曝氣量 QA=，污泥齡 =5d；控制因素填料體積分別 為 6L、 12L、 15L?？疾斓闹笜?biāo)為氣提反應(yīng)器系統(tǒng)在不同填料體積條件下對(duì) COD 的去除效果。 新疆大學(xué)碩士學(xué)位論文 25 6L01002003004005006007002 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 時(shí)間（d ）濃度（mg/L）0%20%40%60%80%100%進(jìn)水COD濃度 出水COD濃度 COD去除率系統(tǒng)中COD的去除效果12L 15L 圖 41 不同填料體積下系統(tǒng) COD 的去除效果 the efficiency of COD removal under different filler volume 圖中橫坐標(biāo)為反應(yīng)器系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)間，主縱坐標(biāo)為 試驗(yàn) 進(jìn)出水 COD 的濃度，次縱坐標(biāo)為 COD 去除 率。 試驗(yàn) 分三個(gè)階段，向反應(yīng)器投加的填料分別為 6L、12L 和 15L，從圖中可以看出，隨著填料體積的增加，系統(tǒng)對(duì) COD 的去除效率有所增高。第一階段進(jìn)水 COD 濃度變化不大，平均濃度為 ，出水 COD濃度保持在 90119mg/L，平均值為 ， COD 平均去除率為 %。第二、三階段進(jìn)水 COD 濃度平均值分別為 ，出水 COD 濃度分別為 ，去除率分別為 %和 %。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，氣提反應(yīng)器整體上保持著較高 的 COD 去除率，填料體積的增加有利于系統(tǒng)中 COD 的去除，但第二