改性丝瓜络悬浮填料与SBR工艺结合处理生活废水研究

高嘉敏，廖佳欢，张宇含，闻倩敏，李兴杰，王静

（东莞理工学院城市学院，广东东莞 523000）

生物膜在废水生化处理中起着重要的作用，而生物膜生长繁殖的场所为填料，因此开发比表面积大、多孔易挂膜、低碳环保的生物膜填料就显得尤为重要。目前，市面上的生物膜填料以人工合成为主，在功能衰退或达到使用寿命后存在二次污染的问题。而本文以天然丝瓜络为材料，经过简单改性制备成丝瓜络悬浮填料，用于处理生活废水，在资源及环境问题日益突出的今天，天然可再生生物资源的综合利用显得极具研究价值[1]。

1 实验装置及方法

1.1 实验装置

本实验装置为SBR反应装置，SBR反应池的长、宽、高分别为60 cm、34 cm、40 cm，有效深度为34 cm，有效体积为70 L。球形丝瓜络填料放置在SBR池中，每个丝瓜络悬浮填料直径9 cm，内放置重量为3 g的改性丝瓜络，在曝气阶段，丝瓜络填料会处于悬浮流化状态。本实验依据SBR工艺采用间歇的方式运行。

1.2 实验材料

1.2.1 天然丝瓜络改性

丝瓜络为葫芦科植物丝瓜成熟果实的维管束，据统计，每亩丝瓜成熟后可取丝瓜络约100 kg。丝瓜络是由多层丝状纤维纵横交织而成的立体多孔网状物，具有体轻、质韧、耐磨、富有弹性等天然特性。丝瓜络的主要化学组成为纤维素、半纤维素和木质素，经过简单碱处理，能使丝瓜络纤维表面形成较多的空腔，比表面积增大，并在一定程度上改善其吸水性[2]。

将天然丝瓜络剪成5 cm左右的小段，每小段重量约为 5 g，用去离子水浸泡 2 h 洗净，并在 90 ℃环境下干燥3 h备用。配制7%的NaOH溶液并将干燥后的丝瓜络浸泡其中，2 h后取出并用去离子水洗净，干燥备用，并进一步进行吸水性检测，结果如图1所示，经过简单的改性后，填料的亲水性有了很大的提高。

图1 天然及改性丝瓜络吸水性

1.2.2 自然培养法培养生物膜

本文采用自然培养法培养生物膜。将丝瓜络悬浮填料均匀放置在SBR反应池中，保持填充率为25%左右。实验从2018年10月开始，生物膜培养初期，取东莞理工学院城市学院中心湖湖水为启动水源，并采取连续曝气的方式。曝气过程中，BOD5、N、P按100∶5∶1的比例投加营养液，并保持SBR池中的COD维持在500 mg/L左右，每天换湖水一次，持续一周[3]。

从第2周开始，本工艺每天按2个周期运行，每个周期包括进水、曝气、沉淀、排水四个过程，其中进水为模拟生活废水，此阶段连续培养驯化6周[4]。

1.3 模拟生活废水水质

本实验用水水质以东莞理工学院城市学院中心湖湖水为原水，通过添加葡萄糖、硫酸铵、磷酸二氢钾及少量微量元素来模拟生活污水，各指标含量如表1所示。

表1 实验用水水质（mg/L）

2 结果讨论

2.1 工艺最佳曝气时间

本工艺经过长达8周的培养与驯化，运行稳定。为确定最佳曝气时间，本实验取经过不同曝气时间的混合液，经过1 h的沉淀，取上清液测定其COD的去除率。结果如图2所示，当曝气时间达到3 h及以上，COD去除率均达90%以上，效果良好，从经济角度考虑，本工艺最佳曝气时间参数确定为3 h。

图2 曝气时间对COD去除率的影响

2.2 工艺最佳沉淀时间

以上述确定的最佳曝气时间3 h为参考，分别测定不同沉淀时间下的出水COD去除率。结果如图3所示，当沉淀时间达到30 min时，COD去除率达到85%以上，当沉淀时间达60 min时，COD去除率达90%左右，本工艺最佳沉淀时间确定为1 h。

2.3 各污染物去除情况

本工艺以上述确定的曝气时间3 h，沉淀时间1 h为运行参数，连续运行28天。各污染物的去除情况如图4所示，在各污染物去除情况中，COD去除率稳定在90%左右；总P去除率波动较大，但基本保持在70%左右；氨氮去除率波动较大，保持在50%左右。因本工艺于2018年12月15日至2019年1月13日期间进行连续运行，此期间东莞气温波动较大，出现连续2～3周的低温天气，气温为9～14℃，是导致本工艺在此期间氨氮和总P的去除率相对较低的主要原因。

图3 沉淀时间对COD去除率的影响

图4 各污染物去除情况

3 结论

本工艺在运行过程中，前期生物膜自然培养、挂膜时间短，生长速度较快。丝瓜络填料上生物相丰富，经过6周的驯化，丝瓜络填料上出现了大量的污水处理的指示性微生物，如累枝虫、钟虫、轮虫、草履虫等。

虽然本系统在连续运行期间气温波动较大，出现较长时间的低温天气，但COD的去除率一直稳定在90%左右，随着气温的逐步回升，氨氮和总P的去除率在稳步提升，充分说明了本工艺对生活污水有较好的去除效果。

丝瓜络是一种廉价的植物纤维，用其制作生物膜填料效果良好，并在生活废水处理过程中，纤维素缓慢地被微生物分解，无需担心二次污染的问题，值得进一步的研究和推广。