PDF《废水处理一体化装置试验》

研究开发符合我国国情的高效低投资低能耗的 城市污水处理新工艺是当务之急.

强化一级处理与 一级出水过滤 (或生物膜) 联用, 是目前强化一级处 理技术研究的主要方向之一[1] . 结合生物絮凝吸附强 化一级处理和生物膜法的特点,将生物膜工艺过滤 串联于生物絮凝吸附之后, 形成 生物絮凝沉淀 / 生 物膜过滤复合式工艺 .该工艺前段取消初沉池, 并 采取低氧运行, 利用短世代微生物的吸附能力, 可减 小曝气强度, 降低能耗;

后段利用生物膜的降解和过 滤作用, 可省去二沉池. 通过串联分段, 充分利用高负 荷段的生物絮凝吸附和低负荷的生物膜过滤优势, 形 成了一种高效低能耗的新型污水处理工艺. 以此工艺 为基础, 创新性地把

2 段工艺有机集成于一体化装置 内. 本研究旨在考察该装置处理城市污水的实用性和 优越性, 为实现该工艺技术的设备化、 装置化, 以用于 城市污水处理的中、 小型污水处理装置和小城镇污水 处理设施的开发设计提供试验依据, 并为此技术在其 它污水处理的推广应用提供一定的理论依据.

1 一体化装置和试验方法 1.1 工艺流程 试验装置工艺流程示意见图 1,沉砂池出水进 入系统后, 依次经过生物絮凝吸附段 (A 级) 、 生物膜 过滤段 (BF 级) . 1.2 废水处理一体化装置构造 废水处理一体化装置包括贮泥区、 絮凝反应区、 斜板沉淀区、 污泥回流缝、 生物变速过滤区等部分, 没有污泥回流动力装置, 见示意图 2. 滤池采用变速生物滤池[2] ,滤料选用重庆大学 城环学院研制开发的新型酶促填料[3] ,滤料粒径 废水处理一体化装置试验 邱维(广州市市政工程设计研究院,广州 510060) 摘要通过小试研究了生物絮凝沉淀 / 生物膜过滤复合式工艺一体化装置对城市污水去除的效能和机理,试验结果表 明: 在较低溶解氧条件 (DO 为0.1~0.5 mg/L) 下, 该工艺装置对 SS、 COD 去除效果较好;

在DO=0.2 mg/L, 生物絮凝反应区水力停 留时间 2.16 h 时, 反应区内发生同步硝化反硝化 (SND) , 脱氮效果较好, NH3-N 平均去除率 87.5%, 出水 SS、 COD、 NH3-N 均能 达到国家标准 (GB 18918-2002) 中一级标准的 B 标准.该一体化装置对于城市污水的有机物去除和脱氮具有一定的优越性, 是 一种高效低耗的污水处理技术. 关键词 一体化装置 城市污水 生物絮凝吸附 生物膜 过滤 收稿日期:2004-11-16,修改稿收到日期:2004-12-08 图1一体化装置废水处理工艺流程 图2废水处理一体化装置示意 第20 卷第1期2005 年3月广州环境科学GUANGZHOU ENVIRONMENTAL SCIENCES Vol.20, No.1 Mar.2005

1 表1装置进水水质 指标数值范围 平均值 SS 32~65

51 BOD5 64.2~78.3 70.1 COD 144~248

194 SCOD 103~189

139 NH3-N 41.3~59.3 47.7 NO3-N 13.7~16.2 14.8 TP 8.99~12.08 10.79 PO4 3- -P 7.90~11.09 9.60 pH 6.5~7.5 mg/L (pH 除外) 2.0~5.0 mm,平均粒径 2.8 mm.该滤料具备挂膜迅 速、 微生物活性高、 有机物去除效果好、 承受冲击负 荷能力强等特点. 1.3 试验条件及方法 本试验在南方某城市污水处理厂内进行.装置 进水为城市污水处理厂内沉砂池出水,进水水质见 表1, 试验水温 20~40 益. 整个试验从开始到结束历时

6 个月,经历了几 个阶段: ① 试验装置的设计、 改造和完善阶段, 包括 装置的安装;

② 试验装置的试运行和启动挂膜阶 段;

③ 溶解氧单因素试验: 在Q=1.0 m3 /d 条件下, 分 别考察 DO 为0.

1、 0.

2、 0.

3、 0.

4、 0.5 mg/L 工况下运行 的变化规律, 以确定较佳溶解氧条件;

④ 在较佳溶 解氧条件下,在Q为0.6~4.0 m3 /d 范围内逐步提高 运行流量, 针对不同水力负荷下的运行工况, 研究试 验的运行规律.

2 试验对比数据 考察生物絮凝吸附反应条件在溶解氧较低条件 下的处理工况.考察 DO 为0.1~0.5 mg/L 范围内不 同溶解氧条件下运行工况;

考察在 DO=0.2 mg/L 时, 不同流量 (Q 为0.

6、 1.

0、 2.

0、 3.

0、 4.0 m3 /d) 时的运行工 况. 不同流量条件下装置水力停留时间、负荷见表 2.5 组不同流量的工况对比结果见表 3.

3 一体化装置运行结果与分析 3.1 溶解氧的影响 不同溶解氧条件下 COD、 NH3-N、 TP 去除规律 曲线见图

3 (a. ~ c.) . 在Q=1.0 m3 /d, DO 为0.1~0.5 mg/L 范围内, COD 去除较好, COD、 NH3-N、 TP 去除率变化幅度较小, 分别为 77%~84%、 44%~49%、 28%~31%.总的来 说, DO 浓度增高, COD、 NH3-N、 TP 去除率增长的幅 度不大;

相对来说, DO=0.2 mg/L 时去除率增长较 大.这说明, 在微氧曝气的条件下, 较低的溶解氧条 件能够满足生物絮凝反应所需的供氧和混合要求, COD 容易去除.另外, 氮、 磷的去除率较低, 低氧条 件的生物絮凝反应不利于硝化作用脱氮,在进水有 机负荷较低的情况下因排泥较少使除磷效果较差. 表2装置工作流量、 水力停留时间及负荷 工作 流量 Q/m3 ・ d-1 0.6 1.0 2.0 3.0 4.0 反应区 HRT1 2.16 1.30 0.65 0.43 0.32 沉淀区 HRT2 3.36 2.02 1.01 0.67 0.50 反应区容积负荷 kg/ (m3 ・ d) 2.26 3.70 6.39 11.32 14.02 生物膜 过滤区 滤速 (首层) m/h 0.63 1.06 2.11 3.17 4.22 表面负荷 m3 / (m2 ・ d) 13.48 22.46 44.92 67.39 89.85 生物絮凝反应区 水力 停留 时间 h HRT1+HRT2 5.52 3.312 1.656 1.104 0.828 斜板沉 淀区沉淀表面负荷 m3 / (m2 ・ h) 0.43 0.71 1.42 2.14 2.85 表3进出水污染物浓度平均值汇总 (DO=0.2 mg/L) Q/m3 ・ d-1 0.6 1.0 2.0 3.0 4.0 SS 进水

38 44

55 59

60 A 级出水

18 19

27 33

46 出水

5 7

10 14

17 PO4 3- -P 进水 8.90 9.69 10.05 9.83 9.52 A 级出水 7.39 8.05 8.98 9.22 8.96 出水 6.67 7.55 8.29 8.81 8.71 TP 进水 10.00 10.74 11.33 10.94 10.96 A 级出水 7.80 8.45 9.53 9.87 10.09 出水 6.81 7.68 8.47 9.11 9.59 NH3-N 进水 53.0 50.1 46.5 44.0 45.1 A 级出水 9.7 36.5 35.4 37.1 40.8 出水 6.8 26.1 26.9 32.8 37.5 SCOD 进水

147 144

124 146

132 A 级出水

39 54

63 91

95 出水

27 36

41 65

77 COD 进水

203 200

173 204

189 A 级出水

46 66

82 114

129 出水

28 39

47 73

84 BOD5 进水 66.5 70.8 64.2 78.3 70.8 A 级出水 17.2 25.6 33.8 47.4 51.7 出水 9.5 13.2 15.1 25.8 28.9 mg/L

2 20 卷1期广州环境科学320 卷1期废水处理一体化装置试验 3.2 流量负荷的影响 为考察流量负荷对装置运行的影响, 在DO=0.2 mg/L 条件下, 对不同进水流量 (0.

6、 1.

0、 2.

0、 3.

0、 4.0 m3 /d) 进行试验, 污染物去除规律曲线见图 4. 试验结果分 析表明: 3.2.1 对SS 的去除 从图

4 (a.) 可以看出, 装置对 SS 去除效果较好, 去除率大于 71%.在较低溶解氧水平、 较高污泥负 荷及较短的水力停留时间, A 级对进水 SS 去除作用 是以生物絮凝吸附作用为主,同时也伴有一定的生 物吸收及氧化作用;

SS 在BF 级的去除主要靠滤料 的过滤作用和生物膜的生物降解性能.过滤作用能 非常有效地去除 SS,其中上层滤料对 SS 和有机物 去除作用更大.BF 级对污染物的去除相对较稳定, 其中 Q 为1.0~2.0 m3 /d,滤速为 1.06~2.11 m/h 时, BF 级对有机物的去除率最大. BF 级的去除有机物的 潜力较大, 可较好的适应 A 级SS 去除率的较大波动. 3.2.2 对COD 的去除 从图

4 (b.) 可以看出, 装置对 COD 去除效果较 图3不同溶解氧条件污染物去除规律 图4不同负荷下污染物去除规律 N 指标 A 级进水 mg/L A 级出水 mg/L A 级去除率 % NH3-N 51.2 9.6 81.3 NO3 - -N 14.8 19.5 -31.7 TN 73.8 34.3 53.4 表4Q=0.6 m3 /d A 级氮的去除(DO=0.2 mg/L) 流量 /m3 ・ d-1 0.6 1.0 2.0 3.0 4.0 运行周期 /d

11 8

6 3 1.5 周期处理水量 /m3 6.6

8 12

9 6 反冲洗耗水率 /% 6.1 5.0 3.3 4.4 6.7 表5装置运行周期与反冲洗特征 好, 去除率大于 55%. 如前所述, 进水中以悬浮物或 胶体状态存在的 COD 可通过 A 级污泥絮体有效的 生物絮凝、 吸附和 BF 级滤料的过滤作用而去除;

对 于溶解性 COD, 微生物吸收溶解性物质并将其转化 为细胞质和贮存物质,在细胞内得到降解以提供能 量, 细菌得到增殖.总之, 污水中 COD 的去除是生物 絮凝、 吸附、 吸收及生物氧化等过程综合作用的结果. 3.2.3 脱氮 NH3-N 去除规律曲线见图

4 (c.) , Q≥1 m3 /d 时 装置 NH3-N 去除率小于 49%,生物絮凝反应区低 氧条件和低进水有机物负荷下氨氮的硝化作用不 强.Q=0.6 m3 /d, A 级絮凝反应水力停留时间 2.16 h, 泥龄 7.7 d, NH3-N 去除率为 87.5%.如表

4 所示, 该 工况下, A 级使氨氮和总氮平均去除率分别为 81.3%、 53.4%, 总氮得到较好的去除. 该工况下总氮得以有 效去除, 说明 A 级反应区内发生了 SND 脱氮. 反应区 低溶解氧、 长水力停留时间 (2.16 h) 、 长泥龄 (7.7 d) 的条件可使生物絮体内形成适宜的溶解氧梯度, 形 成了利于 SND 的物理学微环境, 亦即可以通过延长 水力停留时间和絮凝区污泥泥龄以引导和强化 SND 来高效率的脱氮. 3.2.4 除磷 由图

4 (d.) 可知, 装置对 TP 去除率小于 32%. 生物絮凝反应区因泥龄较长、排泥较少使除磷效果 较差;

BF 级缺氧或厌氧条件和低有机物浓度不利于 磷的去除. 为弥补工艺除磷的不足, 可投加混凝剂或 絮凝剂除磷, 投药位置可置于 A 级或 A 级前形成化 学-生物联合絮凝沉淀 / 生物膜过滤复合式工艺, 也可置于 BF 级后,形成生物絮凝沉淀 / 生物膜过 滤/化学除磷复合式工艺. 3.2.5 装置运行周期及反冲洗 随着生物膜过滤区的运行时间增加,生物膜因 老化而脱落, 滤层的水头损失逐渐增加, 其中以首段 0~100 mm 滤层水头损失增加较大、 较快.池内水位 随过滤历时不断上升,各测压管内的水位也相应上 升, 生物膜过滤区内水位上升 0.6 m 至溢流口, 或滤 层总水头损失增加到 500~600 mm, 确定为生物膜过 滤区运行周期结束,需要进行反冲洗.适时的反冲 洗,是为了将老化易脱落的生物膜反冲洗最后进入 排泥区, 有利于出水 SS 控制在一定范围内.不同流 量下滤池运行周期及反冲洗特性见表 5.生物膜过 滤区运行周期受滤层水头损失的制约, 随流量和进水 SS 增大, 水头损失增加加快, 导致运行周期缩短, 趋 势极为明显. 生物膜法一般都存在生物填料易堵塞的 问题, 这就要求进入生物滤池的污水应预先去除 SS、 油脂等. 流量从 0.6~4.0 m3 /d, 滤池的运行周期从

11 d 缩短到 1.5 d. 在各流量条件下生物膜过滤区反冲洗耗 水量较少, 占周期处理水量的比例为 3.3%~6.7%. 适 量反冲洗能有效实现生物膜特性的恢复.

4 结论 生物絮凝沉淀 / 生物膜过滤复合式工艺废水处理 一体化装置在较低溶解氧条件下也能对有机物的去除 取得较好效果;

而且, 可通过延长水力停留时间和絮凝 区污泥泥龄以引导和强化生物絮凝反应同步硝化反硝 化可实现高效脱氮.在试验条件下, Q=0.6 m3 /d, A 级 絮凝反应水力停留时间 2.16 h, 泥龄 7.7 d, 工艺装置 ........