氣提式接觸氧化法處理生活污水的試驗研究

吳彥洲,王維紅

(新疆農業大學 水利與土木工程學院,新疆烏魯木齊 830052)

氣提式接觸氧化法處理生活污水的試驗研究

吳彥洲,王維紅

(新疆農業大學 水利與土木工程學院,新疆烏魯木齊 830052)

針對氣提式接觸氧化法處理生活污水處理效果的影響因素,在實驗室條件下,以某中學學生住宿區的生活污水為原水,結合概率與統計學中的正交試驗原理,分析論證了水溫,氣水比,水力負荷對考察指標COD去除率的影響顯著性。結果表明,水溫在20℃時,處理效果相對較好,最佳氣水比和水力負荷分別為16∶1和5.0 m3/d,COD和氨氮平均去除率分別為80%和56%,且出水COD、氨氮等指標均達到了城市雜用水水質標準的要求。

氣提;接觸氧化;生活污水

0 引 言

生物接觸氧化法是一種高效的水處理工藝。利用反應器內的填料及生物膜對有機物進行吸附和阻留并在微生物作用下降解[1]。生物接觸氧化法兼有活性污泥法和生物膜法的耐沖擊負荷強、管理簡單、處理效果穩定等特點[2-4]。填料的性能對處理效果有直接影響[5]。利用氣提和接觸氧化法相結合而形成氣提式接觸氧化工藝,氣提反應器在為接觸池充氧的同時,還起到均勻布水的作用。

1 試驗裝置及方法

1.1 污水水質

試驗期間取某中學學生住宿區的生活污水為試驗原水,進水COD 30 mg/L～250 mg/L、氨氮 30.1 mg/L～26.5 mg/L、水溫 10℃～25℃、pH 值 6.5～7.5。

1.2 分析項目和方法

所有指標均采用標準法進行測定,分析方法參照《水和廢水監測分析方法》(第4版)進行。

1.3 工藝流程

試驗流程見圖1。

圖1 工藝流程圖

2 結果與分析

2.1 生物接觸氧化池的掛膜

試驗采用快速間接接種。氧化池中注入新鮮污水,向裝置投加10 kg干污泥,關閉進出水閥門,悶曝2 d后,填料表面呈淡黃色,鏡檢有菌膠團出現,池中微生物活性不高。不斷曝氣并給連續小流量進水,7 d后,填料上的生物膜逐漸變厚,顏色由淡黃色逐漸加深,有泥腥味。鏡檢發現大量小口鐘蟲,填料底部有少量線蟲,試驗過程中不斷檢測進出水水質變化情況,COD出水值為32 mg/L,去除率63.6%,表明掛膜試驗基本結束。

2.2 正交試驗法確定因素

試驗設計:以氣水比(因素A)、水力負荷(因素B)和水溫(因素C)作為考察因素,以COD去除率為考察指標,采用L9(34)正交試驗表進行試驗。因素水平見表1。按照上述方法分別測定COD去除率,正交試驗結果見表2。極差RJ越大,說明該因素的水平變化對試驗指標的影響越大,即該因素越重要[6]。根據試驗結果直觀分析可知A2B2C3對COD的去除率最高,為66.5%。由此可以根據RJ的大小順序排出因素的主次。所考察的3個因素對COD去除率的影響,顯著性大小為C＞A＞B。

表1 正交試驗因素水平表

表2 正交試驗結果

2.3 水溫因素影響

試驗期間,通過對進入氧化池裝置污水水溫的控制,水溫分別取10℃、15℃、20℃、25℃作為控制點分析水溫因素對效果的影響,見圖2。對比可知,水溫在10℃～15℃之間,COD和氨氮去除效果并不明顯。證明水溫較低,微生物生長速度比較緩慢,活性較弱,從而影響去除率。當水溫在15℃～20℃之間;微生物達到了最佳活性溫度,生長繁殖加快,COD和氨氮處理效率提高,而氨氮處理效率變化更明顯;但隨著水溫升高,去除率和處理效果并沒有隨之提高,而是下降,說明水溫已經超出了微生物最佳活性溫度。

圖2 水溫因素影響

2.4 氣水比因素影響

溶解氧濃度是氧化裝置中的一個重要參數。試驗期間通過氣水比的改變,氣水比分別取14∶1、16∶1、17∶1、18∶1、20∶1 并保持水溫為20℃、水力負荷為5.0 m3/d不變,來分析氣水比因素對處理效果的影響,見圖3。進行對比分析在氣水比14∶1時,COD和氨氮的去除率較低,當氣水比提高到 16∶1時,COD和氨氮的去除率分別達到了最高值90%和70%,表明此時溶解氧濃度能夠滿足氧化裝置中微生物生長及代謝需要。而進一步使氣水比增大,COD和氨氮的去除率降低。說明過高的氣水比并不能使氧化裝置中的溶解氧濃度得到提高,而過高的氣水比產生的較強湍流使填料上的生物膜脫落降低微生物總量,處理效果降低[7]。能耗關系到污水處理工藝的評價指標和處理方法的可行性[8]。在好氧處理工藝中曝氣設備能耗占總運行費用的比重較大,減少曝氣量可以在一定程度上降低運行的費用。所以最佳氣水比控制在16∶1。

圖3 氣水比因素影響

2.5 水力負荷因素影響

試驗期間通過進水流量的改變,使水力負荷分別為 4.0 m3/d、5.0 m3/d 、6.0 m3/d、7.0 m3/d、8.0 m3/d并保持水溫為20℃、氣水比為16∶1不變,來分析水力負荷因素對處理效果的影響,見圖4。對比分析,當流量在5.0 m3/d時,處理效果最佳,COD和氨氮的去除率分別為81.0%和88.8%。伴隨著進水流量的不斷增大,COD和氨氮的處理效果在降低。可見,處理效果與水力負荷不成簡單的線性關系。當水力負荷在4.0 m3/d～5.0 m3/d時,處理效果在不斷的提高,說明水力負荷增加能加速水在池中擴散速度反應傳質效應也得到提高并對填料表面老化的生物膜形成有效沖刷,促使生物膜及時更新,防止因生物膜過厚而發生堵塞現象。當水力負荷大于5.0 m3/d時,去除率在不斷的減低,經分析可能是由于填料上成熟的生物膜被水流沖刷帶走,而又難以在填料表面附著形成新的生物膜,從而使裝置中的微生物總量降低,處理能力受限,出水水質變差。

圖4 水力負荷因素影響

3 結 語

經過對不同工況下試驗數據的經典統計分析,得到以下結論:

(1)通過對進入氧化池裝置污水水溫的控制,對比不同水溫下COD和氨氮的去除率,表明水溫過低或過高都使微生物的活性降低,從而影響出水水質。

(2)氣水比是影響氣提式氧化裝置處理效果的重要因素,主要通過溶解氧來影響處理效果,因此,溶解氧濃度是生物接觸氧化工藝中一個重要的控制參數。在水溫保持為20℃、水力負荷為5.0 m3/d條件下,試驗得到的最佳氣水比為16∶1。

(3)氣提式氧化裝置中的水力負荷是影響有機負荷的主要因素。因此,水力負荷增加適當,有利于水在池中擴散和提高反應傳質效率。在水溫保持為20℃、氣水比為16∶1條件下,試驗到的最佳水力負荷為5.0 m3/d。

(4)試驗期間氣提式氧化裝置對COD和氨氮的平均去除率分別為80%和56%。出水COD、氨氮等指標均達到了城市雜用水水質標準的要求。

[1]趙賢慧.生物接觸氧化法及其研究進展[J].工業安全與環保,2010,36(9):26-28.

[2]Zheng Yuan-jing.Treating Wastewater by Biofilm Process[M].Beijing:China Construction Industry Press,1983:3-4.

[3]丁曉玲,賈春寧.生物接觸氧化工藝處理難降解有機廢水的研究[J].水處理技術,2005,31(7):20-24.

[4]梁建祺,寧尋安.生物接觸氧化技術在低溫條件下脫氮除磷效果試驗研究[J].環境工程,2009,27(S1):334-336.

[5]張菊萍,孫 華,周增炎.一種新型懸浮填料的性能試驗研究[J].安全與環境學報,2002,5(2):42.

[6]廖玉麟.概率論與數理統計[M].上海:復旦大學出版社,1994:322-336.

[7]鄭 祥,樊耀波.膜生物反應器運行條件的優化及膜污染的控制[J].給水排水,2001,27(4):41-44.

[8]張自杰,等.廢水處理理論與設計[M].北京:中國建筑工業出版社,2003:675-680.

Small Pilot Study on Domestic Sewage Treatment by Using Air-lift Contact Oxidation Method

WU Yan-zhou,WANG Wei-hong
(College of Water Conservancy and Civil Engineering,Xinjiang Agricultural University,Wulumuqi,Xinjiang830052,China)

Pointing to the affecting factors of air-lift contact oxidation method on domestic sewage treatment,under laboratory conditions,taking the domestic sewage in a middle school's student area for example,and combining with the orthogonal experiment principles in probability and statistics,the affecting significance of the water temperature,gas-water ratio and hydraulic load on COD removal efficiency of the indexes is analyzed and appraised here in detail.The results show that when the water temperature is at 20℃,the treatment effect is relatively good,the best gas-water ratio is16∶1,the hydraulic load is 5.0 m3/d,COD and ammonia nitrogen removal rate are 80%and 56%respectively,and the effluent COD,ammonia nitrogen and other indicators have reached the miscellaneous water quality standards in cities.

air-lift;contact oxidation;domestic wastewater

X703

B

1672—1144(2012)02—0010—04

2011-12-01

2012-01-27

新疆水利水電工程重點學科基金項目(2002-10-05)

吳彥洲(1986—),男(漢族),山西臨汾人,碩士研究生,研究方向水處理工藝。

王維紅(1967—),女(漢族),副教授,碩士生導師,主要從事水處理技術研究。