products category
我國南方城市人均生活用水量大,加之南方城市雨水較多,以及排水系統(tǒng)多為合流制,使得城市污水濃度較低。工程實(shí)踐證明,活性污泥法不適宜處理低濃度城市污水,生物膜法卻對此類污水有很好的處理效果。本研究在生物濾池和生物接觸氧化工藝的基礎(chǔ)上研究開發(fā)出一種特殊結(jié)構(gòu)的復(fù)合生物膜反應(yīng)器,采用該復(fù)合生物膜反應(yīng)器處理低濃度的城鎮(zhèn)生活污水,并對其運(yùn)行效果進(jìn)行了探討。
一、材料與方法
復(fù)合生物膜反應(yīng)器如圖1 所示。復(fù)合生物膜反應(yīng)器采用雙套筒結(jié)構(gòu),內(nèi)筒填充半軟性懸掛填料,外筒填充立體球狀填料,兼具生物接觸氧化池和生物過濾池的功能。外筒壁上開有通風(fēng)口,在外筒填料層內(nèi)形成較強(qiáng)的抽風(fēng)狀態(tài)。主要參數(shù)為:外筒:高度為5.5 m,直徑為2.8 m,高徑比約為2 ∶ 1。有效水深為4.8 m,有效容積為30.0 m3,水力停留時(shí)間為1.5 h;內(nèi)筒:直徑為1.8 m,內(nèi)筒底端與外筒底端的距離為0.3 m,內(nèi)筒頂端與外筒頂端的距離為0.3 m,內(nèi)筒半軟性填料上部穩(wěn)定水層深0.5 m,配水區(qū)高度為0.8 m,填料層高度為3.5 m,體積為21.2 m3,填料充填率為70.6%。試驗(yàn)設(shè)計(jì)污水處理能力為20 m3/h。
CODCr的平均質(zhì)量濃度為85 mg/L 左右,NH3-N 的平均質(zhì)量濃度為9.5 mg/L,TP 的平均質(zhì)量濃度為0.86 mg/L。
二、試驗(yàn)原理
由于城鎮(zhèn)生活污水往往存在污水中各組分比例不協(xié)調(diào)的問題,特別是NH3-N 濃度比較高而CODCr濃度不足[4],導(dǎo)致脫氮比較困難,因此本試驗(yàn)所采用的復(fù)合生物膜反應(yīng)器在其外筒添加了2 層立體球狀生物填料,通過增大底部的通風(fēng)口和適當(dāng)降低外筒超高的方式,使得外筒同時(shí)具有良好的通風(fēng)和采光條件,在其上形成以藍(lán)細(xì)菌等微藻類為主的生物膜,通過藍(lán)細(xì)菌等微藻類生物的同化作用[5-7]去除污水中的NH3-N,同時(shí)進(jìn)一步去除CODCr等污染物。在氣溫比較高的情況下,外筒內(nèi)、外的水溫和氣溫的溫差比較大(試驗(yàn)運(yùn)行期間,白天氣溫平均為27 ℃,水溫平均為18 ℃),可以利用比較強(qiáng)的自然對流[8]為系統(tǒng)供氧,起到降低能耗的作用;在氣溫比較低的情況下,外筒內(nèi)、外的水溫和氣溫的溫差比較小,導(dǎo)致自然對流不足,采用曝氣機(jī)曝氣可以保障系統(tǒng)的充氧需要,使得系統(tǒng)在低溫下也可以穩(wěn)定運(yùn)行。
三、分析方法
CODCr采用重鉻酸鉀法;NH3-N 采用紫外分光光度法;TP 采用鉬銻抗分光光度法。
四、結(jié)果與討論
1、對CODCr的去除效果,系統(tǒng)對CODCr的去除效果如圖2 所示。
系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行期間,CODCr容積負(fù)荷為1.1 kg/(m3·d),進(jìn)水CODCr的平均質(zhì)量濃度為85 mg/L,系統(tǒng)出水CODCr的質(zhì)量濃度維持在20 mg/L,平均去除率為76.5%。復(fù)合生物膜反應(yīng)器采用多層的彈性生物填料和立體球狀濾料,這些填料上的微生物通過降解、吸附和攔截等作用,實(shí)現(xiàn)對CODCr的穩(wěn)定去除。
圖2 系統(tǒng)對CODCr的去除效果
2、對NH3-N 的去除效果,系統(tǒng)對NH3-N 的去除效果如圖3 所示。
圖3 系統(tǒng)對NH3-N 的去除效果
穩(wěn)定運(yùn)行期間,系統(tǒng)的進(jìn)水NH3-N 的平均質(zhì)量濃度為9.5 mg/L,出水NH3-N 的平均質(zhì)量濃度為4.6 mg/L,平均去除率為51.6%。復(fù)合生物膜反應(yīng)器外筒中的填料在足夠的通風(fēng)和采光條件下,可以為藍(lán)細(xì)菌等微藻類創(chuàng)造出良好的生長環(huán)境,而藍(lán)細(xì)菌等微藻類的氮元素的含量可以達(dá)到自身干重的30%左右[9],遠(yuǎn)超一般微生物5%的含量,因此,可以通過藍(lán)細(xì)菌等微藻類自身的生物同化作用去除污水中的氨氮。
3、對TP 的去除效果,系統(tǒng)對TP 的去除效果如圖4所示。
圖4 系統(tǒng)對TP 的去除效果
從圖4 可以看出,穩(wěn)定運(yùn)行期間系統(tǒng)進(jìn)水TP的平均質(zhì)量濃度為0.86 mg/L,出水TP 的平均質(zhì)量濃度為0.41 mg/L,系統(tǒng)對TP 的平均去除率為52.3%。雖然復(fù)合生物膜反應(yīng)器和其它的生物膜反應(yīng)器一樣,通過排泥實(shí)現(xiàn)生物除磷,但是在處理低濃度生活污水時(shí),由于進(jìn)水TP 負(fù)荷比較低,依舊可以通過填料上微生物的同化作用[10]實(shí)現(xiàn)污水中TP 的去除,并獲得較為良好的效果。
五、經(jīng)濟(jì)效益分析
與傳統(tǒng)活性污泥工藝相比,復(fù)合生物膜反應(yīng)器具有占地面積小、處理效率高的優(yōu)點(diǎn),投資和運(yùn)行費(fèi)用較低,處理每噸水耗電0.16 kW·h,電費(fèi)按0.6元/kW·h 計(jì)算,處理每噸水電費(fèi)為0.1 元,與傳統(tǒng)活性污泥工藝相比,電費(fèi)下降了大約50%。
(1)復(fù)合生物膜反應(yīng)器對于低濃度的工業(yè)廠區(qū)生活污水有著較好的去除效果,對CODCr的平均去除率為76.5%,對NH3-N 的平均去除率為51.6%,對TP 的平均去除率為52.3%。
(2)復(fù)合生物膜反應(yīng)器兼具生物接觸氧化池和生物濾池的作用,在曝氣裝置的推動作用下,污水在內(nèi)筒和外筒之間形成環(huán)流,依次經(jīng)過生物接觸氧化和生物過濾,處理效果因此得以提高。
(3)由于復(fù)合生物膜反應(yīng)器的水力停留時(shí)間較短并具有較大的高徑比,因此,占地面積比較小,基建費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用都比較低,經(jīng)濟(jì)效益明顯。