复合式曝气生物滤池中污染物浓度沿程变化规律.pdf
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复合式曝气生物滤池中污染物浓度沿程变化规律杨?
跃1,?
张金松2,?
黄文章2,?
洪俊明3(1.哈尔滨工业大学市政环境工程学院,黑龙江哈尔滨150090;2.深圳市水务有限公司,广东深圳518030;3.华侨大学材料科学与工程学院,福建泉州362021)?
摘?
要:
?
为合理确定曝气生物滤池的滤床厚度,以深圳市某污水处理厂二级出水为原水,研究了复合式曝气生物滤池中污染物浓度沿滤床深度方向的变化规律。
结果表明,各功能分区的前端对污染物的去除能力最强;在水力负荷为6、10、14m3/(m2?
h)的条件下,当缺氧段的TN负荷为0.60.9kg/(m3?
d)且不采用回流时,150cm厚的滤床对TN的去除率50%,可去除95%左右的NO-3-N;当好氧段的NH+4-N负荷为0.30.8kg/(m3?
d)时,150cm厚的滤床可保证对NH+4-N的去除率95%,处理出水水质达到回用水的标准。
?
关键词:
?
复合式曝气生物滤池;?
滤床厚度;?
总氮;?
氨氮中图分类号:
X703?
文献标识码:
C?
文章编号:
1000-4602(2009)09-0049-04VariationofPollutantsConcentrationalongCombinedBiologicalAeratedFilterYANGYue1,?
ZHANGJin-song2,?
HUANGWen-zhang2,?
HONGJun-ming3(1.SchoolofMunicipalandEnvironmentalEngineering,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150090,China;2.ShenzhenWaterCo.Ltd.,Shenzhen518030,China;3.CollegeofMaterialsScienceandEngineering,HuaqiaoUniversity,Quanzhou362021,China)?
Abstract:
?
Inordertoreasonablydeterminethethicknessofbiologicalaeratedfilterbed,usingthesecondaryeffluentfromaWWTPinShenzhenCityasrawwastewater,thevariationofpollutantsconcen-trationalongthedepthofcombinedbiologicalaeratedfilterwasstudied.Theresultsshowthattheforepartofdifferentstageshasstrongerpollutantsremovalcapacity.Atthehydraulicloadingratesof6m3/(m2?
h),10m3/(m2?
h)and14m3/(m2?
h)andfilterbedthicknessof150cm,theremovalratesofTNandNO-3-Naremorethan50%andabout95%intheanoxicstagewhentheTNloadis0.6to0.9kg/(m3?
d),andtheremovalrateofNH+4-Nismorethan95%intheaerobicstagewhentheNH+4-Nloadis0.3to0.8kg/(m3?
d).Theeffluentqualityreachesthewastewaterreusestandard.?
Keywords:
?
combinedbiologicalaeratedfilter;?
filterbedthickness;?
totalnitrogen;?
ammonianitrogen?
曝气生物滤池(BAF)的滤床厚度与处理效果、运行成本和能耗密切相关1。
随着进水污染物成分和浓度的变化,BAF的滤床在空间结构上会出现功能分区2、3,尤其是碳氧化和硝化在一个滤池中完成时还会出现异养菌和硝化菌的竞争4。
因此,研究污染物在滤床深度方向上的变化规律,对反映BAF中微生物的种群分布和功能分区、优化滤床厚度和过滤条件都有重要意义。
笔者以深圳市某污水处理厂二级出水为原水,对一种复合式曝气生物滤池(CBAF)进行中试,主?
49?
第25卷?
第9期2009年5月?
中国给水排水CHINAWATER&WASTEWATER?
Vo.l25No.9May2009要考察了含氮污染物(TN、NH+4-N、NO-3-N)浓度沿滤床深度的变化规律,旨在使出水水质达到环境景观用水(GB/T18920?
2002)和城市杂用水(GB/T18921?
2002)水质标准的同时,确定CBAF适宜的滤床厚度范围。
1?
试验装置与方法1?
1?
试验装置试验装置如图1所示。
图1?
复合式曝气生物滤池试验装置Fig.1?
SchematicdiagramofCBAFCBAF的特点之一就是将两种不同性质的滤料结合,分别作为反硝化菌和硝化菌的载体,在同一滤池内实现硝化和反硝化功能分区,同时避免了反冲洗时附着不同微生物群落的滤料混合,保证了反冲洗后滤池性能的快速恢复。
滤柱规格为?
250mm?
6300mm,采用上向流运行方式,双层滤料结构,其中上层为聚苯乙烯滤料,粒径为36mm,滤床厚为2.4m;下层为陶粒滤料,粒径为48mm,滤床厚为1.5m;中间为反冲洗膨胀区。
从下层滤料底端开始,向上每隔30cm设取样口。
在滤池进行反冲洗时,反冲洗气体经空压机、流量计分别进入滤柱的两段;清水区储水在重力作用下冲洗好氧段及缺氧段,最后从中间出水管或下端进水管排出。
在清水区水量不足时,反冲洗水箱中的水经过流量计进入清水区,完成自上而下的反冲洗过程。
1?
2?
试验水质与检测方法试验期间的原水水质及相应的回用水水质标准见表1,对于城市杂用水和景观环境用水两个水质标准中的交叉部分,出水水质执行较严格的部分。
表1?
进水水质及回用水水质标准Tab.1?
Influentqualityandreclaimedwaterquality项?
目进水(二级出水)范围均值城市杂用水(GB/T18920?
2002)景观环境用水(GB/T18921?
2002)NH+4-N/(mg?
L-1)2.512.710.6105TN/(mg?
L-1)12.318.717.1?
15NO-3-N/(mg?
L-1)3.88.15.7?
COD/(mg?
L-1)27.645.231.2?
BOD5/(mg?
L-1)3.110.07.5106DO/(mg?
L-1)1.43.92.5?
T/?
202522.5?
由表1可知,进水中NO-3-N浓度较高,只要保证进水中的NO-3-N被完全去除,即可达到回用标准对TN浓度的要求,因此试验装置无需开启内回流。
按照国家标准方法测定各项水质指标。
其中NH+4-N:
纳氏试剂光度法,NO-3-N:
紫外分光光度法,TN:
过硫酸钾氧化?
紫外分光光度法,COD:
重铬酸钾法,BOD5:
稀释接种法。
1?
3?
试验方法试验运行条件:
气水比为3?
1,进水流量分别为0.3、0.5和0.7m3/h相应的水力负荷分别为6、10、14m3/(m2?
h)。
由于原水中微生物可利用的营养物质含量太低,根据郑俊等人推导出的经验公式5,向原水中投加了COD=25mg/L的葡萄糖作为碳源。
2?
结果与分析2?
1?
反硝化效果及TN的变化规律图2、3分别为NO-3-N浓度及其去除效果随滤床高度的变化。
图2?
NO-3-N浓度随滤床高度的变化Fig.2?
VariationofNO-3-Nconcentrationwithheightoffilterbed?
50?
第25卷?
第9期?
中国给水排水?
图3?
缺氧段NO-3-N去除率随滤床高度的变化Fig.3?
VariationofNO-3-Nremovalrateinanoxicstagewithheightoffilterbed由图2可以看出,在3种进水流量相应的NO-3-N负荷分别为0.4、1.2、1.3kg/(m3?
d)下,对NO-3-N的去除趋势相似,均在滤床前端的30cm内去除量增加最快,之后趋于平缓。
由图3可知,当NO-3-N负荷较低时,60cm厚的滤床对NO-3-N的去除率就可达到95%以上;当NO-3-N负荷较高时,90cm厚的滤床对其去除率也达到70%左右。
若要实现完全的反硝化,滤床厚度应随NO-3-N负荷的增加而增大,在NO-3-N负荷?
1.3kg/(m3?
d)时,150cm左右的滤床厚度足以满足对本试验水质反硝化的需要。
由图2还可看出,在无滤料的反冲洗膨胀区(滤床的150240cm段),生物量很少,故NO-3-N浓度基本不变。
在滤床240cm以上为好氧区,240270cm段NO-3-N浓度略有升高,但变化较小,这是由于原水经缺氧段处理后仍含有少量易于降解的有机物,导致硝化菌受到抑制,硝化作用受限;270360cm段,NO-3-N浓度迅速升高,这主要是好氧菌氧化NH+4-N所致;此后,NO-3-N浓度变化不大,说明硝化反应基本完成。
图4为TN浓度随滤床高度的变化。
由图4可知,在进水流量分别为0.3、0.5、0.7m3/hTN负荷分别为0.6、0.7、0.9kgTN/(m3?
d)时,CBAF对TN的去除趋势基本一致,在滤柱前端缺氧段(030cm)对TN的去除率迅速增加(达到25%左右);此后,对TN去除率的增加趋势变缓,至缺氧段末端时对其去除率50%,此时约95%的NO-3-N实现了反硝化。
产生这种现象的原因是由于缺氧段前端生物量较大,而后半段随着基质浓度的降低和生物量的减少,对TN的去除率也随之下降。
图4?
TN浓度随滤床高度的变化Fig.4?
VariationofTNconcentrationwithheightoffilterbed在反冲洗膨胀区,TN浓度基本未发生变化,对其去除效果不明显。
而在好氧区,水中的NH+4-N不断被氧化为NO-3-N和NO-2-N,此时主要发生的是氮形式上的变化,此外生物膜的结构决定了其内部缺氧区内可发生一定程度的反硝化反应,对TN的去除略有贡献,因此此阶段对TN的去除效果并不明显。
上述结果表明,150cm的缺氧段滤床厚度较为理想。
当进水TN分别为18.7、12.3、13.0mg/L时,出水TN分别为11.9、4.8、7.7mg/L,满足景观环境用水的要求。
2?
2?
NH+4-N的变化规律图5为NH+4-N浓度随滤床高度的变化。
图5?
NH+4-N浓度随滤床高度的变化Fig.5?
VariationofNH+4-Nconcentrationwithheightoffilterbed由图5可以看出,在该试验条件NH+4-N负荷分别为0.7、0.3、0.8kg/(m3?
d)下,缺氧段前30cm的滤床中,NH+4-N浓度有一定程度的降低(20%左右),这可能是由于硝化菌利用原水中剩余的溶解氧,将部分NH+4-N转化成了NO-3-N。
此后一直到150cm处,NH+4-N浓度基本保持不变。
?
51?
杨?
跃,等:
复合式曝气生物滤池中污染物浓度沿程变化规律第25卷?
第9期由于反冲洗膨胀区的生物量很少,故对NH+4-N浓度的影响甚微。
在好氧区240270cm段,NH+4-N浓度有所降低,但变化较小,此时水中仍含有一定量的有机物,硝化菌处于劣势;在270390cm段,NH+4-N浓度迅速降低,对NH+4-N的去除率可达95%以上,此时NH+4-N浓度降至1mg/L左右,基本上实现了完全硝化。
在不同水力负荷条件下,NH+4-N浓度的沿程变化规律基本一致,但实现完全硝化所需要的好氧段厚度随着NH+4-N负荷的增大而增长,总体来说,当NH+4-N负荷?
0.8kg/(m3?
d)时,150cm的好氧段滤床厚度足以保证95%以上的氨氮去除率。
在进水NH+4-N为2.512.7mg/L时,出水NH+4-N始终保持在2mg/L以下进水NH+4-N浓度较高(13mg/L左右)时,85%的NH+4-N可转化成NO-3-N;进水NH+4-N浓度较低(5.5和2.5mg/L)时,NH+4-N几乎可全部转化成NO-3-N,满足回用水的水质标准。
2?
3?
溶解氧和COD浓度的变化规律试验结果表明,在滤床缺氧段的前端(030cm),溶解氧浓度迅速降低;30120cm段溶解氧几乎检测不到;120150cm段溶解氧浓度逐渐升高至2mg/L左右,这可能是由于膨胀区曝气扰动造成的;在膨胀区(150240cm),溶解氧浓度逐渐升至4mg/L,这是由于240cm处设有曝气穿孔管所致;240330cm处,溶解氧浓度逐渐上升至6mg/L左右;330cm以后,滤柱中溶解氧浓度基本保持不变。
由此可看出,CBAF中DO浓度的变化与NO-3-N、NH+4-N的去除环境相对应,功能分区良好,保证了不同微生物群落适宜的生存环境。
试验结果还表明,在进水流量分别为0.3、0.5、0.7m3/h相应的COD负荷分别为1.1、2.4、1.5kgCOD/(m3?
d)时,滤床内缺氧段的COD浓度逐渐降低,对其去除量达到了总去除量的90%(包括投加的碳源),反映了反硝化过程伴随着碳源的消耗。
通过计算得出,反硝化单位质量的NO-3-N与消耗碳源质量的关系系数平均值约为3,与理论值2.86非常接近5。
在好氧区的240270cm段,COD浓度进一步降低,此时COD的去除量已占总去除量的95%左右;270cm之后对COD的去除率基本上保持稳定,此时水中剩余的COD均为难以生物降解的成分。
3?
结论?
复合式曝气生物滤池中,对各污染物的去除都集中在各功能分区的前端。
?
对于缺氧段,反硝化功能主要在其前端90cm内的滤床中进行,在NO-3-N负荷为0.41.3kg/(m3?
d)、TN负荷为0.60.9kg/(m3?
d)时,90cm厚的缺氧段滤床可以保证NO-3-N的转化率在70%以上;150cm厚的滤床基本上可保证反硝化反应的彻底进行,在不采用回流的条件下可使TN去除率达到50%以上。
?
对于好氧段,硝化功能的进行主要集中在滤床前端的150cm处,在NH+4-N负荷为0.30.8kg/(m3?
d)时,此段滤床对NH+4-N的去除率可达95%以上。
参考文献:
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化学工业出版社,2005.2?
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(2):
214-217.3?
王立立,刘焕彬,胡勇有,等.填料层高度对曝气生物滤池工作性能的影响J.中国沼气,2002,20(4):
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李汝琪,钱易,孔波,等.曝气生物滤池去除污染物的机理研究J.环境科学,1999,20(6):
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郑俊,吴浩汀,程寒飞.曝气生物滤池污水处理新技术及工程实例M.北京:
化学工业出版社,2002.电话:
13480967800E-mail:
yangyueww126.com收稿日期:
2008-12-15?
52?
第25卷?
第9期?
中国给水排水?
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