变水力负荷条件下曝气生物滤池处理效能的实验研究韩祯

水力学与水利信息学进展2009变水力负荷条件下曝气生物滤池处理效能的实验研究韩祯’程文’马腾’程文娟(l.西安理工大学陕西省西安市金花南路5号201信箱7100482.西安市航天建筑设计院西安市雁塔区淬惠南路63号[e-mail]710075)摘要曝气生物滤池对支术是一种适合我国国情的高效、低耗、简易的新型生物膜处理技术,是处理我国广大中小城镇分散型生活污水的主要技术途径之一本文采用上向流单级曝气生物滤池处理生活污水,主要考察了不同水力负荷条件下有机物、氮氮、ss等污染物的去除效果.结果表明三种污染物各自的最佳水力负荷范围不一致,较大的水力负荷对稍化反应具有显著的抑制作用.在本实验条件下,综合考虑各种因素,最佳水力负荷范围为0.32一0.53耐/耐.h,该范围内c0D、N+.H一N、ss的最低去除率分别为79%、74.52%、92.24%.关键词上向流曝气生物滤池;分散型生活污水;水力负荷,前言曝气生物滤池属于生物膜处理技术的一种,有处理负荷高、出水水质好、投资少、占地面积省、结构简单、管理方便、产泥量少、耐冲击性强等优点,是一种适合我国国情的高效、低能耗的污水处理工艺,在我国中小城镇分散型污水处理中具有积极的作用。`”在影响曝气生物滤池处理效果的各种因素中,水力负荷是表征反应器处理能力的重要指标,在实际的工程当中,水力负荷的大小又直接影响到工程的施工规模与总投资费用。`2,本文通过对上流式曝气生物滤池处理分散型生活污水的处理效果的进行实验分析,得出了最佳的水力负荷范围,为优化曝气生物滤池处理工艺提供了一定的参考。2实验设备及实验方法2.1实验设备试验装置如图1所示,采用气水同向的上流式单级曝气生物滤池。反应器主体由有机玻璃柱构成,外径35cm,高m2。反应器与配水区之间由一个均匀进水布气板分隔开来,进水布气板上按照粒径级配由大到小向上平铺着粒径为1一scm的鹅卵石承托层,高度为20cm,其上平铺着陶粒生物滤料。反应器由底部开始每隔3Ocm依次向上设置6个取样口,曝气装置采用三排穿孔曝气管,材料为内径sunn的不锈钢管,每根管上均匀分布着孔径为Zllnn的曝气孔。200一`少澳彝咖.......第一部分环境与生态水力学1一水箱;2一阀门;3一恒流泵;4一加压泵;5一污水进水;份反冲洗进水;7一流量计;8一配水区:9一托架10-反冲洗进气;11一工艺进气;12一空气压缩机;13一穿孔曝气管;14一滤料;15一泄料口;16一砾石承托层;17-均匀进水布气板;18一取样口;19一反冲洗出水口;20一放空口本文采用分散型实际生活污水作为试验原水。具体水质指标如表l所示:水温(℃)15.7一22.57一7.6表1原水各项水质指标CODBOD、55TN、TPNH;一N(吨/l)(雌/l)伽g/l)(呢/l)(mg/1)(mg/l)100一16081.4一94.16企7537.7一48.41.8一2.235.2一45.30.23一0.292二2实验方法针对不同的污水水质与处理装置,其水力负荷最佳范围是不同的。本文研究了实验条件下针对实验水质的最佳水力负荷范围,并就水力负荷对反应器效果的影响规律进行了研究,实验参数如表所示。试验分析项目主要有c0D(ChemicaloxygenDemand,在酸性条件下,将水体中有机物氧化为coZ和H刃所消耗的氧量,称为化学需氧量)、NH4十一(氨氮,污水中含氮化合物的一种包括游离氨与离子状态钱盐两种,在污水进行生物处理时,氨氮可以向微生物提供营养,而且对污水的pH起缓冲作用)、ss:(suspendedsiolds把水样用滤纸过滤后,被滤纸截留的滤渣,在105一110C烘箱中烘干至恒重,所得重量称为悬浮固体,用来表征水体中悬浮物的含量)。分析测试方法按照《水和废水监测分析方法》(第四版)〔,’进行。表2试验参数滤料高度水力负荷气水比HRT120Cm0.5骊`/斌.h3:13h0.8俪7了.h`h21.60口叱/m乙.hlh水力学与水利信息学进展2009图2不同水力负荷时C00平均去除率结果与分析水力负荷对有机物去除效果的影响从图2中可以看出:三种水力负荷下的coD降解率并不是逐渐增大或者减小,而是有着波动的变化规律,当水力负荷为。.53扩/扩.h、0.8扩/mZ.h、1.6m3/矿.h时,c0D的平均去除率分别为79.3%,85.%8,6%3,最佳COD去除水力负荷为0.8m3/矿.h,对应HRT为h2,不过三种水力负荷条件下的平均出水COD浓度都达到了BG18918一2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》的一级A类标准。这与进水的低浓度有关,也说明BAF在此水力负荷范围内都有着较好的COD去除效果。出现COD降解率不规则变化规律的原因是:当水力负荷为0.53m3/矿.h时,有机负荷为1.3k5gCoo/矿滤料.d,对应的水力停留时间为h3,在较低的水力负荷下进水有机物浓度较低,导致生物膜中微生物营养物质不足,影响有机物的去除效果`。;另外水力负荷较低时气、水在滤池中的传递阻力较大,容易造成滤池中气水分布不均匀,影响去除的效果。当水力负荷为1.6m3/m气h时,营养物质的问题解决了,但是进一步提高水力负荷直接导致RHT变短,污水与滤料接触时间变短,所以降解率也随之降低。`513.2水力负荷对氛氮去除效果的影响.NH十一的去除率与水力负荷表现出明显的单调关系,即随着水力负荷的增大NH犷一N的去除率在降低。如图3所示,当水力负荷为0.53扩m/2.h、0.8扩/扩.h、1.6m3/矿.h时,呱+一N的平均去除率分别为79.7%9,63.3钱,48.6%2,可见NH扩一N的去除率的波动较COD相比较大,这说明水力负荷对NH’七N去除率的影响要比对coD去除率的影响大。当水力负荷增大时202第一部分环境与生态水力学圈3不同水力负荷时翻困-N平均去除率除了RHT变短的不利影响外,由于硝化细菌的世代周期较长,在固定化的初期其附着能力比异养菌差,受水力冲刷的影响较大,当滤速较大时硝化细菌容易流失“,;而且增大水力负荷使异养菌对硝化细菌生存空间的争夺能力增强,也影响了硝化细菌的活性171。本文认为,对于高浓度溅七N进水,水力负荷不可过大,因为虽然高滤速能使传质更加均匀,但是水力负荷的增加会间接导致反应器承受的NH扩一N容积负荷增大,过大的NH’七N负荷可能超出BAF硝化极限,使得硝化反应不完全,导致出水的NH’+一浓度升高。`.,3.3水力负荷对ss告除效果的影响图4不同水力负荷时SS平均去除率如图4所示,在三种水力负荷下,BAF均保持了较高的SS去除率,平均去除率保持在9既以上。当水力负荷为0.53m3m/2.h、0.8m3/扩.h、1.6ma/矿.h时,SS的平均去除率分别为94.5%,92.44%,91.76%:当水力负荷增加时,SS去除率在缓慢减少,但是减少的幅度很小:当HRT由3h变为h1时,SS平均去除率仅降低了2.73%。这说明在本试验条件下,一个反应周期内BAF对SS有着较好的去除效果,水力负荷对SS去除率影响不大。但是过大的水力负荷会导致污水中的SS短时间内堵塞滤料间隙,使得反应器水头损失值过早达到限定值,增加反冲洗的频率’,,。对于高ss的进水,一般要增加预处理系统来降低ss初始值,用以提高反应器的效果。水力学与水利倍息学进展20093.4连续试验本试验中连续运行试验装置1周,期间每隔1天连续改变水力负荷值,分别为0.27m3/扩.h、0.32扩/了.h、0.4矿/扩.h、0.53矿/扩.h、0.8m3:m/.h、1.6矿/旷.h、3.2矿/扩.h,对应的水力停留时间依次为6h、h5、4h、h3、h2、h1与0.h5,用于考察试验条件下BAF抗击水力负荷冲击的强度与适宜的水力负荷范围。一阅卜.CO心去除率~氨氮去除率一,尸~55去除率—线性(ss去除率)0.9536姗姗眠珊姗%50姗黔%20隅既逝瓣邢00.51.522.533.5水力负荷(矿/扩.h)图5不同水力负荷时各污染物去除率变化在图5中可以得出:(1)在水力负荷从0.27矿/mZ.h变为0.8m3/mZ.h的过程中,有机质的去除率缓慢增加,在0.4一0.8m3/mZ.h内变化时,COD的去除率稳定在80%左右,这是在一定范围内增加滤速能使反应器内传质更加均匀所导致的。当水力负荷超过0.8m3/mZ.h时,OCD去除率下降的幅度较大,水力负荷从0.8m3m/2.h增加到3.2扩/扩.h时,Coo去除率下降了51.0%8,这说明当水力负荷超出一定范围后,其水力冲刷作用与过短的HRT对BAF处理效果的影响较大〔’。〕;另外从试验中可以看出,在设定的范围内以0.8m3/扩.h的水力负荷为界限,增加水力负荷比减小水力负荷对BAF更为不利。(2)水力负荷在0.27一3.m23m/2.h范围内变化时,NH’七N的去除率随着水力负荷的增加在减小,水力负荷小于0.4扩/mZ.h时,改变水力负荷对NH犷一N的去除率影响较小,从0.27m3m/2.h变到0.4m3/扩.h其去除率仅减少1.25个百分点。而当水力负荷超过0.53m3m/,.h时,其去除率随着负荷的增加在急剧减小,水力负荷从0.53扩/矿.h增加到3.m23m/2.h时,去除率减少了53.4%1。由此可见在试验条件下要使BAF反应器保持较好的硝化能力,须保持一定的水力停留时间。`’`’(3)随着水力负荷的增加,SS的去除率在缓慢减小,在本装置中始终维持在90%左右,且二者基本呈线性关系。4结论通过在三种水力负荷条件下的稳定试验与连续一周的等时间间隔改变水力负荷的连续试验结果,分析可得出以下结论:(l)在本试验条件下,综合各种因素,最佳的水力负荷范围为:0.32一5m33m/2.h,对第一部分环境与生态水力学应的HRT为3一h5。在该范围内c0D、NH犷一、SS的最低去除率分别为7%9、74.5%2、92.2%4。(2)三种污染物各自的最佳水力负荷范围不一致,碳化BAF的适宜水力负荷范围要比硝化BAF大。Coo经过h1以上水力停留时间都可以得到良好的去除;而NH犷一N在水力停留时间超过h3后才有较好的去除率,这说明硝化细菌完全成熟前不能抗击较强的水力负荷冲击`”,,且降解率与进水NH了一N的高浓度有直接关系;ss受水力负荷的影响最小,整个试验范围内都保持90%以上的去除率。(3)水力负荷减小的不利影响在实际运用中更体现在去除负荷的减少上。当水力负荷从0.4m3m/2.h减小到0.27m3/扩.h时,c0D、N’H4十一N的去除率变化都很小:c0D去除率减小了3%,NH’十一N去除率增加了1.2%5,但处理负荷率却都降低了33.4%,使反应器的纳污能力大大减小。减小水力负荷虽然能使NH犷一N的去除率增加,但是在实际工程中不可能无限增加水力停留时间,所以针对不同的水质综合能耗比情况确定最佳的水力负荷范围。参考文献【l]王凯军,贾立敏`城市污水生物处理新技术开发与应用〔Ml.北京:化学工业出版社,2001.【幻郑俊,吴浩汀.曝气生物滤池工艺的理论与工程应用〔M〕.北京:化学工业出版社,2005.【3]国家环境保护总局.水和废水监测分析方法〔M〕.4版.北京:中国环境科学出版社,200.2[4]R.Pujol.Proeessimproveoentforupflowsubmergedbi。filter[J〕.WaterZI,2000,4:25一29.【5]崔康平,钟佐桑,沈照理.上流式曝气生物滤池处理含石油废水的研究[J].地学前缘,2005.【12〕:26一28.【6]仇付国,郝晓地,陈新华.曝气生物滤池处理效果影响因素试验研究【J〕:环境科学与管理,2008,33(12):81一84.〔7]Wij即ekoon.s,Mino.T,SatohH.Fixedbedbiologioalaeratedif一trationforseeond娜eiffuentpolishing一effeetofifltrationarteonniitrfyingbiologiealatCiviytdi