論文作者：梅翔 陳洪斌 高廷耀 周增炎 李懷正 喻文熙 傅威 許曉天

摘要：采用基于穿孔管曝氣方式和YDT型彈性立體填料的生物接觸氧化工藝處理微污染水源水。 分析 了水源水 自然 接種條件下的工藝啟動(dòng)過(guò)程, 研究 了不同氣水比運(yùn)行條件下污染物的去除效果。處理系統(tǒng)形成穩(wěn)定的氨氮去除率和硝酸鹽氮生成率是工藝啟動(dòng)過(guò)程完成的主要標(biāo)志;工藝運(yùn)行中的氣水比由生物硝化過(guò)程決定,氣水比 影響 氨氮去除率和氨氮去除的穩(wěn)定性,針對(duì)不同的進(jìn)水氨氮濃度應(yīng)采用相應(yīng)的氣水比。

關(guān)鍵詞：水源水 生物接觸氧化 啟動(dòng) 氣水比 氨氮

由于 工業(yè) 、農(nóng)業(yè)及生活等方面的污水未經(jīng)適當(dāng)處理而大量排入水體,許多城市取水水源污染日益嚴(yán)重,尤以氨氮和有機(jī)物的污染最為突出,常規(guī)給水處理工藝已難以保證安全、衛(wèi)生的水質(zhì)。采用生物接觸氧化工藝處理微污染水源水是改善給水水質(zhì)的有效措施,并且一定的氣水比是保證微污染水源水生物接觸氧化處理系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的必要條件[1,2]。

微污染水源水生物接觸氧化處理工藝啟動(dòng)過(guò)程、工藝狀態(tài)是如何變化的?工藝啟動(dòng)過(guò)程完成的標(biāo)志有哪些?氣水比在工藝啟動(dòng)及運(yùn)行調(diào)節(jié)中的作用到底有多大?調(diào)節(jié)氣水比的依據(jù)又是什么?我們通過(guò)YDT型彈性立體填料穿孔管曝氣方式的生化池在水源水自然接種的條件下,填料掛膜過(guò)程工藝運(yùn)行狀態(tài)的變化,分析工藝啟動(dòng)過(guò)程完成的標(biāo)志。并通過(guò)氣水比的調(diào)節(jié)考察氣水比對(duì)污染物去除效果的影響,以期為工程設(shè)計(jì)及運(yùn)行管理提供優(yōu)化的設(shè)計(jì)參數(shù)和運(yùn)行條件。

1　試驗(yàn)概況

1.1　工藝流程

試驗(yàn)在廣東省東江的一條引水渠道邊開展,工藝流程如圖1所示。

圖1　工藝流程框圖

渠內(nèi)水源水通過(guò)潛水泵提升至進(jìn)水計(jì)量槽,由量水堰測(cè)針讀數(shù)計(jì)量進(jìn)水流量,經(jīng)進(jìn)水井和進(jìn)水配水池進(jìn)入生物接觸氧化池,由尾門測(cè)針讀數(shù)控制生物接觸氧化池水位。處理后的出水經(jīng)出水配水池排入主渠。以羅茨鼓風(fēng)機(jī)向生物接觸氧化池供氣,供入池內(nèi)的空氣量通過(guò)玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)、氣壓表和壓力式溫度計(jì)進(jìn)行計(jì)量,多余的空氣通過(guò)旁通管排空。

生物接觸氧化池(以下簡(jiǎn)稱生化池)為長(zhǎng)×寬×高=20.00m×1.00m×4.30m(有效水深.80m);池內(nèi)均勻布置60m3的YDT型彈性立體填料(填料單體尺寸為F 200×3 000mm);池底部安裝20根DN25的穿孔曝氣管(ABS工程塑料管),兩側(cè)F 3孔45°向下,同側(cè)孔距120mm,異側(cè)孔距60mm。

1.2　試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1　工藝運(yùn)行條件

采用引水渠內(nèi)的水源水對(duì)生化池進(jìn)行微生物接種,保持水力停留時(shí)間(HRT)為60min,控制氣水比為1.70(空氣量已換算成20℃、1 atm狀態(tài),下同),進(jìn)入填料掛膜的工藝啟動(dòng)過(guò)程。啟動(dòng)過(guò)程完成后,進(jìn)入工況試驗(yàn)階段,保持生化池HRT為50min,調(diào)節(jié)氣水比分別為1.30、1.00、0.90、0.80和1.20,每個(gè)工況運(yùn)行10天左右。工況試驗(yàn)階段水溫為25.4℃～30.1℃,平均為27.6℃。

1.2.2　取樣與測(cè)試

每隔1h分別在生化池進(jìn)出口取樣,連續(xù)取12h的混合水樣作為當(dāng)日水樣,并及時(shí)分析。測(cè)試項(xiàng)目與 方法 如表1所示。

2　試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1　工藝啟動(dòng)過(guò)程

2.1.1　氨氮去除效果的變化

由圖2可見,生化池經(jīng)水源水自然接種后,由于水溫適宜(24.0℃～27.4℃,平均25.4℃),供氧充分,硝化細(xì)菌經(jīng)短暫適應(yīng)后迅速增殖,填料掛膜速度快,生化池發(fā)揮硝化能力所需時(shí)間短。經(jīng)兩周時(shí)間氨氮去除率即超過(guò)75%,隨后去除效果穩(wěn)定,工藝啟動(dòng)較為順利。

表1　測(cè)試項(xiàng)目與方法

圖2　氨氮去除效果的歷時(shí)變化

圖3　硝酸鹽氮生成率的歷時(shí)變化

2.1.2　硝酸鹽氮生成率的變化

氨氮經(jīng)生物硝化作用最終轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮,故從氨氮轉(zhuǎn)化量和硝酸鹽氮生成量的變化可以反映出工藝啟動(dòng)過(guò)程運(yùn)行狀態(tài)的變化。由圖3可見,一方面,隨著填料上硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖,生化池的硝化能力逐步發(fā)揮,氨氮轉(zhuǎn)化量和硝酸鹽氮生成量日漸增加,在一定的進(jìn)水水質(zhì)條件下,兩者同步達(dá)到最大值后趨于穩(wěn)定;另一方面,根據(jù)已有的測(cè)試數(shù)據(jù),生化池進(jìn)、出水的有機(jī)氮和亞硝酸鹽氮的含量很小且分別相近,而且生化池內(nèi)微生物有機(jī)體的合成和分解對(duì)池內(nèi)氮平衡的影響可以忽略,故可認(rèn)為生化池內(nèi)硝酸鹽氮生成量主要來(lái)自氨氮經(jīng)生物硝化而轉(zhuǎn)化的量,前者與后者之比基本反映了生化池的硝酸鹽氮生成率。啟動(dòng)初期,亞硝酸鹽細(xì)菌和硝酸鹽細(xì)菌在生長(zhǎng)速度上的差異導(dǎo)致兩類細(xì)菌在轉(zhuǎn)化能力上的差異,硝酸鹽氮生成率偏離1.00較大且不穩(wěn)定;隨著生物膜的漸趨成熟,兩類細(xì)菌在轉(zhuǎn)化能力上趨于穩(wěn)定協(xié)調(diào),氨氮轉(zhuǎn)化至硝酸鹽氮的過(guò)程進(jìn)行得較為徹底,兩周時(shí)間后氨氮轉(zhuǎn)化量與硝酸鹽氮生成量趨于一致,硝酸鹽氮生成率穩(wěn)定在1.00附近。

2.1.3　進(jìn)、出水DO和pH的變化

由圖4可見,由于氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮的過(guò)程是一個(gè)耗氧、耗堿度的過(guò)程,隨著填料上硝化細(xì)菌的生長(zhǎng),生物硝化作用的進(jìn)行,在一定的進(jìn)水條件和工藝運(yùn)行條件下,生化池出水與進(jìn)水DO的差值由大變小,漸趨穩(wěn)定。與此同時(shí),出水與進(jìn)水pH的差值亦由大變小,并且必定會(huì)出現(xiàn)出水pH低于進(jìn)水pH的時(shí)候,隨后出水pH繼續(xù)下降,趨于穩(wěn)定。工藝啟動(dòng)中,生化池進(jìn)、出水DO和pH的變化指示了填料掛膜的進(jìn)程和生物硝化作用進(jìn)行的程度。

圖4　進(jìn)、出水DO和pH的歷時(shí)變化

2.1.4　CODMn去除效果的變化

由圖5可見,啟動(dòng)中CODMn去除率在出現(xiàn)幾次起伏波動(dòng)后趨于穩(wěn)定。這說(shuō)明填料上異養(yǎng)微生物在生長(zhǎng)初期繁殖速度很快,但易流失。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的培養(yǎng)馴化后,填料上異養(yǎng)微生物的種類、數(shù)量趨于穩(wěn)定,對(duì)水源水中的有機(jī)物形成較為穩(wěn)定的去除效果,CODMn去除率達(dá)20%左右。工藝啟動(dòng)過(guò)程中CODMn去除效果的變化從一個(gè)側(cè)面反映了填料上生物膜成熟的程度。

2.2　氣水比對(duì)污染物去除效果的影響

圖5　CODMn去除效果的歷時(shí)變化

工藝啟動(dòng)過(guò)程完成后,保持生化池HRT為50min,調(diào)節(jié)氣水比分別為1.30、1.00、0.90、0.80和1.20,考察各運(yùn)行工況下生化池對(duì)污染物的去除效果。

2.2.1　氣水比對(duì)氨氮去除率的影響

由于試驗(yàn)期間生化池進(jìn)水氨氮濃度低于2.00mg/L和高于5.00mg/L的情況較少,故以進(jìn)水氨氮濃度為2.00mg/L～5.00mg/L的范圍進(jìn)行分析。將各氣水比條件下氨氮去除情況按進(jìn)水氨氮濃度的高低分段求出氨氮去除率平均值,繪出各濃度段氨氮去除率隨氣水比的變化曲線(見圖6)。

圖6　氣水比對(duì)氨氮去除率的影響

由圖6可見,在每一進(jìn)水氨氮濃度段,隨氣水比的增大,氨氮去除率升高;同一氣水比條件下,高濃度段的氨氮去除率低于低濃度段的氨氮去除率,即氨氮去除率隨進(jìn)水氨氮濃度的升高而降低。這一方面說(shuō)明了氣水比影響著硝化細(xì)菌活性的發(fā)揮,另一方面說(shuō)明了對(duì)于一個(gè)確定的處理系統(tǒng),為保持穩(wěn)定的氨氮去除效果,既需維持穩(wěn)定的硝化細(xì)菌生物量,又需針對(duì)不同的進(jìn)水氨氮濃度采用相應(yīng)的氣水比運(yùn)行。

2.2.2　氣水比對(duì)氨氮去除穩(wěn)定性的影響

由于在每一氣水比運(yùn)行條件下,隨進(jìn)水氨氮濃度的升高,氨氮去除率降低,則氨氮去除率隨進(jìn)水氨氮濃度的變化而變化的量表示了生化池去除氨氮的穩(wěn)定性(見圖7)。

圖7　氣水比對(duì)氨氮去除穩(wěn)定性的影響

由圖7可見,氣水比越大,生化池的氨氮去除穩(wěn)定性越好。即進(jìn)水氨氮濃度增大時(shí),以較高氣水比運(yùn)行的生化池氨氮去除率降低的幅度比以較低氣水比運(yùn)行的生化池氨氮去除率降低的幅度小。

2.2.3　氣水比對(duì)CODMn去除效果的 影響

將各氣水比條件下CODMn去除情況按進(jìn)水CODMn濃度的高低分段求出去除率平均值列入表2。

表2　各氣水比條件下CODMn去除情況

注：表內(nèi)括號(hào)中的數(shù)值,前為進(jìn)水CODMn濃度分段平均值,后為對(duì)應(yīng)該濃度段的CODMn去除率平均值(%)。

由表2可見,氣水比對(duì)CODMn去除率沒(méi)有明顯的影響;各氣水比條件下,CODMn去除率總體上隨進(jìn)水CODMn濃度的上升而上升。由此說(shuō)明,在氣水比為0.80～1.30的工況條件下,氣水比對(duì)水源水中有機(jī)微污染的去除不是限制因素。

2.2.4　氣水比對(duì)SS去除效果的影響

試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)SS的去除 規(guī)律 不明顯,氣水比對(duì)氨氮去除率沒(méi)有明顯的影響。綜合各運(yùn)行工況的情況,SS去除率大致為50%～80%。在氣水比為1.00工況時(shí),由于進(jìn)水SS的沖擊和生物膜的異常脫落,氨氮去除效果明顯受到影響。

微污染水源水生物接觸氧化處理工藝中SS的去除,即水源水中的SS在生化池內(nèi)的積累對(duì)生化過(guò)程會(huì)造成不良影響。主要表現(xiàn)為生化池內(nèi)填料的表面積不能充分利用,生物量受到限制,影響傳質(zhì)效果,導(dǎo)致工藝運(yùn)行效果的不穩(wěn)定。為保證穩(wěn)定的生化效果,需定期對(duì)生化池內(nèi)積累的SS進(jìn)行人為沖排。

3　結(jié)語(yǔ)

(1) 采用引水渠內(nèi)的水源水在生化池內(nèi) 自然 富集接種,通過(guò)培養(yǎng)馴化,能使填料掛膜,順利實(shí)現(xiàn)工藝啟動(dòng)。適宜的水溫和充足的供氧是使填料迅速掛膜的必要條件。在水溫超過(guò)25℃時(shí),采用HRT為60min,氣水比為1.70的工藝條件可以順利完成啟動(dòng)過(guò)程。

(2) 以硝化為主要目的的微污染水源水生物接觸氧化處理工藝啟動(dòng)過(guò)程完成的主要標(biāo)志是處理系統(tǒng)形成穩(wěn)定的氨氮去除率和硝酸鹽氮生成率。生化池進(jìn)、出水DO、pH及CODMn的變化指示了生物硝化作用的進(jìn)程,反映了生物膜成熟的程度。

(3) 保持生化池內(nèi)足夠的硝化細(xì)菌數(shù)量,維持其良好的生物活性,是保證穩(wěn)定的硝化效果的前提。工藝運(yùn)行中的氣水比由生物硝化過(guò)程決定,隨氣水比的增大,氨氮去除率上升,氨氮去除穩(wěn)定性增強(qiáng)。氨氮去除率隨進(jìn)水氨氮濃度的升高而降低,為保證生化池穩(wěn)定的氨氮去除效果,針對(duì)不同的進(jìn)水氨氮濃度應(yīng)采用相應(yīng)的氣水比運(yùn)行。

(4) 氣水比對(duì)CODMn去除效果的影響不甚明顯,各氣水比條件下CODMn去除率總體上隨進(jìn)水CODMn濃度的上升而上升。水源水中的SS在生化池內(nèi)的去除過(guò)程較為復(fù)雜且影響工藝運(yùn)行的穩(wěn)定性,需對(duì)生化池內(nèi)積累的SS定期進(jìn)行人為沖排。

參考 文獻(xiàn)

1　李家就,錢望新.富營(yíng)養(yǎng)化湖泊水源生物預(yù)處理 研究 . 中國(guó) 給水排水,1992,8(6)：4～7

2　許建華,萬(wàn)英,湯利華,等.微污染原水的生物接觸氧化處理技術(shù)研究.同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào),1995,23(4)：376～381

3　國(guó)家環(huán)保局《水和廢水監(jiān)測(cè) 分析 方法 》編委會(huì).水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法(第三版),北京：中國(guó)環(huán)境 科學(xué) 出版社,1989

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