气提式接触氧化法处理生活污水的试验研究

吴彦洲,王维红

(新疆农业大学 水利与土木工程学院,新疆乌鲁木齐 830052)

气提式接触氧化法处理生活污水的试验研究

吴彦洲,王维红

(新疆农业大学 水利与土木工程学院,新疆乌鲁木齐 830052)

针对气提式接触氧化法处理生活污水处理效果的影响因素,在实验室条件下,以某中学学生住宿区的生活污水为原水,结合概率与统计学中的正交试验原理,分析论证了水温,气水比,水力负荷对考察指标COD去除率的影响显著性。结果表明,水温在20℃时,处理效果相对较好,最佳气水比和水力负荷分别为16∶1和5.0 m3/d,COD和氨氮平均去除率分别为80%和56%,且出水COD、氨氮等指标均达到了城市杂用水水质标准的要求。

气提;接触氧化;生活污水

0 引 言

生物接触氧化法是一种高效的水处理工艺。利用反应器内的填料及生物膜对有机物进行吸附和阻留并在微生物作用下降解[1]。生物接触氧化法兼有活性污泥法和生物膜法的耐冲击负荷强、管理简单、处理效果稳定等特点[2-4]。填料的性能对处理效果有直接影响[5]。利用气提和接触氧化法相结合而形成气提式接触氧化工艺,气提反应器在为接触池充氧的同时,还起到均匀布水的作用。

1 试验装置及方法

1.1 污水水质

试验期间取某中学学生住宿区的生活污水为试验原水,进水COD 30 mg/L～250 mg/L、氨氮 30.1 mg/L～26.5 mg/L、水温 10℃～25℃、pH 值 6.5～7.5。

1.2 分析项目和方法

所有指标均采用标准法进行测定,分析方法参照《水和废水监测分析方法》(第4版)进行。

1.3 工艺流程

试验流程见图1。

图1 工艺流程图

2 结果与分析

2.1 生物接触氧化池的挂膜

试验采用快速间接接种。氧化池中注入新鲜污水,向装置投加10 kg干污泥,关闭进出水阀门,闷曝2 d后,填料表面呈淡黄色,镜检有菌胶团出现,池中微生物活性不高。不断曝气并给连续小流量进水,7 d后,填料上的生物膜逐渐变厚,颜色由淡黄色逐渐加深,有泥腥味。镜检发现大量小口钟虫,填料底部有少量线虫,试验过程中不断检测进出水水质变化情况,COD出水值为32 mg/L,去除率63.6%,表明挂膜试验基本结束。

2.2 正交试验法确定因素

试验设计:以气水比(因素A)、水力负荷(因素B)和水温(因素C)作为考察因素,以COD去除率为考察指标,采用L9(34)正交试验表进行试验。因素水平见表1。按照上述方法分别测定COD去除率,正交试验结果见表2。极差RJ越大,说明该因素的水平变化对试验指标的影响越大,即该因素越重要[6]。根据试验结果直观分析可知A2B2C3对COD的去除率最高,为66.5%。由此可以根据RJ的大小顺序排出因素的主次。所考察的3个因素对COD去除率的影响,显著性大小为C＞A＞B。

表1 正交试验因素水平表

表2 正交试验结果

2.3 水温因素影响

试验期间,通过对进入氧化池装置污水水温的控制,水温分别取10℃、15℃、20℃、25℃作为控制点分析水温因素对效果的影响,见图2。对比可知,水温在10℃～15℃之间,COD和氨氮去除效果并不明显。证明水温较低,微生物生长速度比较缓慢,活性较弱,从而影响去除率。当水温在15℃～20℃之间;微生物达到了最佳活性温度,生长繁殖加快,COD和氨氮处理效率提高,而氨氮处理效率变化更明显;但随着水温升高,去除率和处理效果并没有随之提高,而是下降,说明水温已经超出了微生物最佳活性温度。

图2 水温因素影响

2.4 气水比因素影响

溶解氧浓度是氧化装置中的一个重要参数。试验期间通过气水比的改变,气水比分别取14∶1、16∶1、17∶1、18∶1、20∶1 并保持水温为20℃、水力负荷为5.0 m3/d不变,来分析气水比因素对处理效果的影响,见图3。进行对比分析在气水比14∶1时,COD和氨氮的去除率较低,当气水比提高到 16∶1时,COD和氨氮的去除率分别达到了最高值90%和70%,表明此时溶解氧浓度能够满足氧化装置中微生物生长及代谢需要。而进一步使气水比增大,COD和氨氮的去除率降低。说明过高的气水比并不能使氧化装置中的溶解氧浓度得到提高,而过高的气水比产生的较强湍流使填料上的生物膜脱落降低微生物总量,处理效果降低[7]。能耗关系到污水处理工艺的评价指标和处理方法的可行性[8]。在好氧处理工艺中曝气设备能耗占总运行费用的比重较大,减少曝气量可以在一定程度上降低运行的费用。所以最佳气水比控制在16∶1。

图3 气水比因素影响

2.5 水力负荷因素影响

试验期间通过进水流量的改变,使水力负荷分别为 4.0 m3/d、5.0 m3/d 、6.0 m3/d、7.0 m3/d、8.0 m3/d并保持水温为20℃、气水比为16∶1不变,来分析水力负荷因素对处理效果的影响,见图4。对比分析,当流量在5.0 m3/d时,处理效果最佳,COD和氨氮的去除率分别为81.0%和88.8%。伴随着进水流量的不断增大,COD和氨氮的处理效果在降低。可见,处理效果与水力负荷不成简单的线性关系。当水力负荷在4.0 m3/d～5.0 m3/d时,处理效果在不断的提高,说明水力负荷增加能加速水在池中扩散速度反应传质效应也得到提高并对填料表面老化的生物膜形成有效冲刷,促使生物膜及时更新,防止因生物膜过厚而发生堵塞现象。当水力负荷大于5.0 m3/d时,去除率在不断的减低,经分析可能是由于填料上成熟的生物膜被水流冲刷带走,而又难以在填料表面附着形成新的生物膜,从而使装置中的微生物总量降低,处理能力受限,出水水质变差。

图4 水力负荷因素影响

3 结 语

经过对不同工况下试验数据的经典统计分析,得到以下结论:

(1)通过对进入氧化池装置污水水温的控制,对比不同水温下COD和氨氮的去除率,表明水温过低或过高都使微生物的活性降低,从而影响出水水质。

(2)气水比是影响气提式氧化装置处理效果的重要因素,主要通过溶解氧来影响处理效果,因此,溶解氧浓度是生物接触氧化工艺中一个重要的控制参数。在水温保持为20℃、水力负荷为5.0 m3/d条件下,试验得到的最佳气水比为16∶1。

(3)气提式氧化装置中的水力负荷是影响有机负荷的主要因素。因此,水力负荷增加适当,有利于水在池中扩散和提高反应传质效率。在水温保持为20℃、气水比为16∶1条件下,试验到的最佳水力负荷为5.0 m3/d。

(4)试验期间气提式氧化装置对COD和氨氮的平均去除率分别为80%和56%。出水COD、氨氮等指标均达到了城市杂用水水质标准的要求。

[1]赵贤慧.生物接触氧化法及其研究进展[J].工业安全与环保,2010,36(9):26-28.

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

[3]丁晓玲,贾春宁.生物接触氧化工艺处理难降解有机废水的研究[J].水处理技术,2005,31(7):20-24.

[4]梁建祺,宁寻安.生物接触氧化技术在低温条件下脱氮除磷效果试验研究[J].环境工程,2009,27(S1):334-336.

[5]张菊萍,孙 华,周增炎.一种新型悬浮填料的性能试验研究[J].安全与环境学报,2002,5(2):42.

[6]廖玉麟.概率论与数理统计[M].上海:复旦大学出版社,1994:322-336.

[7]郑 祥,樊耀波.膜生物反应器运行条件的优化及膜污染的控制[J].给水排水,2001,27(4):41-44.

[8]张自杰,等.废水处理理论与设计[M].北京:中国建筑工业出版社,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

新疆水利水电工程重点学科基金项目(2002-10-05)

吴彦洲(1986—),男(汉族),山西临汾人,硕士研究生,研究方向水处理工艺。

王维红(1967—),女(汉族),副教授,硕士生导师,主要从事水处理技术研究。