氣浮-好氣濾池工藝深度處理污水廠二級(jí)出水

朱兆亮,曹相生,李 冬,孟雪征,王俊安,張 杰

(1.北京工業(yè)大學(xué)水質(zhì)科學(xué)與水環(huán)境恢復(fù)工程北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100124;2.山東建筑大學(xué) 市政與環(huán)境工程學(xué)院,濟(jì)南 250101)

氣浮-好氣濾池工藝深度處理污水廠二級(jí)出水

朱兆亮1,2,曹相生1,李 冬1,孟雪征1,王俊安1,張 杰1

(1.北京工業(yè)大學(xué)水質(zhì)科學(xué)與水環(huán)境恢復(fù)工程北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100124;2.山東建筑大學(xué) 市政與環(huán)境工程學(xué)院,濟(jì)南 250101)

通過小試研究了氣浮-好氣濾池工藝提高二級(jí)出水水質(zhì)的應(yīng)用效果.結(jié)果表明,在高、中、低濃度進(jìn)水水質(zhì)條件下,氣浮-好氣濾池工藝具有良好的適應(yīng)性,工藝對(duì)色度、COD、氨氮、總磷、濁度等指標(biāo)的平均去除率分別是64.8%、47.0%、80%、83%、77.8%.中、低濃度進(jìn)水水質(zhì)條件下,出水水質(zhì)達(dá)到城市污水排放一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)(GB/T18918—2002)和城市雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(GB/T18920—2002);同時(shí)UV254和細(xì)菌也得到很好的去除,平均去除率達(dá)到了45.7%和62.5%.另外試驗(yàn)結(jié)果顯示,工藝流程前段氣浮單元對(duì)有機(jī)物、濁度、總磷及UV254的去除起到關(guān)鍵作用,而后續(xù)的好氣濾池單元主要降低了氨氮濃度,對(duì)濁度、有機(jī)物的去除起到把關(guān)作用.

氣浮;好氣濾池;二級(jí)出水;深度處理

再生水處理或污水深度處理的主要目的是在二級(jí)處理的基礎(chǔ)上進(jìn)一步去除污水中的懸浮物、濁度、殘存的有機(jī)物、微生物代謝殘片和氨、磷等物質(zhì).傳統(tǒng)的絮凝 +沉淀 +過濾工藝對(duì)二級(jí)出水中的懸浮物和膠體類雜質(zhì)有很好的去除作用,但很難去除溶解性雜質(zhì).溶解性物質(zhì)主要包括進(jìn)水中的殘留物、微生物代謝產(chǎn)物SMP兩大類物質(zhì)[1].很多研究表明,二級(jí)出水溶解性物質(zhì)中SMP占了大部分[2-5],對(duì)城市生活污水等生化性較好的污水,SMP甚至可以占到出水COD的100%[6].Gaudy和Blachly通過實(shí)驗(yàn)指出,二級(jí)出水中殘留COD的90%都是可生物降解的[7].Parkin和Mccarty發(fā)現(xiàn)活性污泥法出水中可生物降解的溶解性有機(jī)氮(SON)可占到總氮的0～60%[8].

因此針對(duì)二級(jí)出水水質(zhì)情況,本課題組負(fù)責(zé)人張杰院士提出了氣浮 +好氣過濾工藝處理城鎮(zhèn)污水的二級(jí)出水,進(jìn)一步去除水中的懸浮物、膠體雜質(zhì)及溶解性的有機(jī)物,充分利用氣浮的充氧功能,強(qiáng)化后續(xù)過濾單元的生物作用,使好氣濾池既有生物濾池的生物降解作用,又具有普通快濾池的截留除濁功能,從而使水質(zhì)得到進(jìn)一步提高.本研究是在該理論基礎(chǔ)上,通過試驗(yàn)驗(yàn)證氣浮-好氣濾池在污水深度處理方面的應(yīng)用效果,為后續(xù)實(shí)際工程應(yīng)用提供數(shù)據(jù)參考.

1 試驗(yàn)材料和方法

1.1 原水水質(zhì)

試驗(yàn)原水為小區(qū)生活污水,經(jīng)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)SBR間歇反應(yīng)器A/O運(yùn)行產(chǎn)生二級(jí)出水,通過調(diào)節(jié)A/O運(yùn)行工況,得到高、中、低濃度水質(zhì)條件不同的二級(jí)出水.水質(zhì)情況見表1.

1.2 檢測(cè)項(xiàng)目和方法

試驗(yàn)測(cè)定了濁度、色度、UV254、COD、NH3-N、TP和細(xì)菌總數(shù)等7個(gè)指標(biāo).COD的測(cè)定采用5B-3B型COD快速測(cè)定儀;濁度采用WGZ200散射光濁度儀;色度的測(cè)定采用鉻鈷分光光度法,用 K2Cr2O7和CoSO4配成標(biāo)準(zhǔn)色階,455 nm處3 cm比色皿測(cè)定吸光度,標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為y=1 622.9x-0.260 9,R=0.999 9(其中y為色度值,x為吸光度值);TP的測(cè)定采用鉬酸鹽分光光度法;氨氮的測(cè)定采用納氏試劑分光光度法;UV254的測(cè)定采用UV-1700紫外可見光光度儀;細(xì)菌的測(cè)定采用總數(shù)平板法.

表1 原污水及二級(jí)出水水質(zhì)Table1 Raw w astew ater and secondary effluent qualities

1.3 工藝流程及設(shè)計(jì)參數(shù)

1.3.1 工藝流程

二級(jí)出水投加絮凝劑后進(jìn)入絮凝反應(yīng)池,然后同溶氣回流水一起進(jìn)入氣浮池,在氣浮池內(nèi)泥水分離后,出水進(jìn)入好氣濾池,裝置流程圖見圖1.

1.3.2 設(shè)計(jì)參數(shù)

絮凝池為機(jī)械攪拌隔板反應(yīng)池,分3格,每格尺寸為200 mm ×200mm ×400mm,攪拌強(qiáng)度是 50 、30、20 s-1,反應(yīng)停留時(shí)間為20min,加藥單元和進(jìn)水單元采用數(shù)字式變速蠕動(dòng)泵,攪拌單元采用調(diào)速電動(dòng)攪拌機(jī).

好氣濾池采用內(nèi)徑為90mm的濾柱,柱高2.5 m.濾料采用平均粒徑d=1mm石英砂,填充高度為1 m.承托層采用粒徑為4～20 mm的卵石,厚度300mm,從下向上逐漸減小.采用上向流運(yùn)行方式,濾速為(0.5 ～1.0)m/h,氣水比為1∶1 ～3∶1.反沖洗采用氣、水聯(lián)合反沖,單獨(dú)氣沖強(qiáng)度為11.1 L/m2·s,沖洗3 min,聯(lián)合氣沖強(qiáng)度11.1 L/m2·s,水沖強(qiáng)度 4.5 L/m2·s,沖洗 6 min,水漂洗強(qiáng)度 8.9 L/m2·s,漂洗時(shí)間 5 min.以濾柱中水頭損失升高至1m作為濾池反沖洗的時(shí)間點(diǎn).

裝置中絮凝池、氣浮池、濾池均為有機(jī)玻璃池體.

絮凝劑采用價(jià)格相對(duì)便宜的工業(yè)純聚合氯化鋁(Al2O3,其質(zhì)量濃度為31%,堿基度88.56%),在溶藥池溶解配制為質(zhì)量濃度為1%的藥液,采用濕法投加.

圖1 試驗(yàn)裝置流程圖Fig.1 Schematic diagram of experiment

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

試驗(yàn)過程針對(duì)不同進(jìn)水水質(zhì)條件對(duì)流程的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整,其中高濃度水質(zhì)條件下,絮凝劑的投加量是70mg/L,中、低濃度水質(zhì)條件時(shí)投加量是50 mg/L;濾池的濾速在高濃度水質(zhì)條件下為0.5m/h,中、低濃度水質(zhì)條件時(shí)為1 m/h.

設(shè)P0為二級(jí)出水平均值,P1為氣浮出水平均值,P2為濾池出水平均值,R1為氣浮池去除率,R1=100(P0-P1)/P0,R2為好氣濾池去除率,R2=100(P1-P2)/P1,R為總?cè)コ?R=100(P0-P2)/P0,P為總?cè)コ示?試驗(yàn)分析結(jié)果見表2～4.

表2 氣浮-濾池工藝對(duì)色度、COD、UV254的去除效果Table 2 Removals of chromaticity color,COD,UV254 by flotation-aerobic filters processes

2.1 對(duì)有機(jī)物的去除

為反映氣浮-好氣濾池工藝對(duì)有機(jī)物的去除效果,試驗(yàn)測(cè)定了COD、色度、UV2543個(gè)指標(biāo).從表2中可以看出,氣浮-好氣濾池工藝對(duì)色度、COD、UV254的去除率在高、中、低濃度水質(zhì)條件下平均值分別達(dá)到64.8%、47.0%、45.7%,其中氣浮單元對(duì)色度、COD、UV254的去除率高于濾池單元對(duì)3個(gè)指標(biāo)的去除率,故氣浮單元在去除有機(jī)物方面,特別是對(duì)于帶有不飽和鍵的致色有機(jī)物,如腐殖酸和富里酸,以及具有雙鍵結(jié)構(gòu)的有機(jī)物,如酚類、多環(huán)芳烴、芳香酮、芳香醛等含有苯環(huán)結(jié)構(gòu)的物質(zhì)具有更好的去除優(yōu)勢(shì);而濾池對(duì)色度的去除率較高,對(duì)UV254的去除效果較差,在不同水質(zhì)條件下去除率均低于10%.

從濾池出水平均值看,3個(gè)指標(biāo)中,濾池出水色度在低濃度水質(zhì)條件時(shí)能達(dá)到城市雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(GB/T18920—2002),COD在3種水質(zhì)條件時(shí)均能滿足水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求,UV254在高、中、低濃度水質(zhì)條件時(shí)也分別降低到0.168、0.087、0.030 cm-1,可見氣浮-好氣濾池流程對(duì)有機(jī)物具有明顯的去除效果,水質(zhì)得到進(jìn)一步的提高.

2.2 對(duì)氨氮和總磷的去除

城市污水廠二級(jí)出水中氨氮和總磷是限制水廠達(dá)標(biāo)排放的2個(gè)重要指標(biāo).城市污水排放一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)(GB/T18918—2002)對(duì)氨氮和總磷的限制值分別是15 mg/L和1.0mg/L,而傳統(tǒng)的二級(jí)處理較難達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求,因此需要對(duì)二級(jí)出水中的氨氮和總磷進(jìn)行深度處理.從表3看出,氣浮-好氣濾池工藝對(duì)氨氮和總磷的去除效果較好,在3種進(jìn)水水質(zhì)條件下,氨氮和總磷的去除率均值分別是80%、83%,出水指標(biāo)達(dá)到了一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn).

表3 氣浮-濾池工藝對(duì)氨氮和總磷的去除效果Table3 Rem ova ls of ammonia nitrogen and total phosphorus by flotation-aerobic filters processes

氨氮的去除主要集中在好氣濾池中,水力負(fù)荷和容積負(fù)荷是影響氨氮去除的重要因素,根據(jù)進(jìn)水氨氮負(fù)荷調(diào)節(jié)水力負(fù)荷,當(dāng)高氨氮負(fù)荷時(shí),降低水力負(fù)荷;低氨氮負(fù)荷時(shí),提高水力負(fù)荷.從表3看出,在低負(fù)荷下,氨氮的去除率達(dá)到97.4%,出水達(dá)到了氨氮排放一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn),在中、高負(fù)荷時(shí),出水達(dá)到了一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn);總磷的去除主要集中在絮凝-氣浮階段,絮凝劑的種類和投加量是影響總磷去除的關(guān)鍵因素,試驗(yàn)中采用的聚合氯化鋁水解后不僅通過生成鋁鹽沉淀去除總磷,而且Al3+、OH-、PO3-4之間的強(qiáng)親和力,能形成難溶的絡(luò)合物,在其表面有很強(qiáng)的吸附作用,通過吸附可去除更多的磷[9].從表3看出在高濃度水質(zhì)條件時(shí),當(dāng)聚合氯化鋁的投加量為70mg/L,氣浮出水總磷達(dá)到一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn);在中、低濃度水質(zhì)條件時(shí),當(dāng)聚合氯化鋁的投加量為50mg/L,出水總磷達(dá)到了一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn).

同時(shí)表3數(shù)據(jù)顯示,氣浮對(duì)氨氮的去除率和濾池對(duì)總磷的去除率都較小.

2.3 對(duì)濁度和細(xì)菌總數(shù)的去除

生活污水經(jīng)生物二級(jí)處理后,出水中的微粒以較難沉降的、密度接近于水的微細(xì)顆粒為主.這類低濁度水中顆粒數(shù)目較少,且主要以尺寸很小、粒度均勻的膠體粒子為主.這些膠體粒子具有較高的Zeta負(fù)電位,相互間存在較大的靜電斥力,因而碰撞、絮凝的效率低,難以形成性能良好的、易于下沉的絮體顆粒.而氣浮單元處理技術(shù)對(duì)這類水中的顆粒具有很好的去除效果,而且濾池中的濾料和微生物也能對(duì)膠體顆粒等雜質(zhì)吸附、截留.從表4可以看出,氣浮-好氣濾池工藝對(duì)濁度的去除效果明顯,在3種進(jìn)水水質(zhì)條件下,濁度去除率均值為77.8%,出水濁度低于3NTU,達(dá)到城市污水排放一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)(GB/T18918—2002)和城市雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(GB/T18920—2002).

表4 氣浮-濾池工藝對(duì)濁度和細(xì)菌總數(shù)的去除效果Table4 Rem ova ls of turbidity and total count of bacteria colonies by flotation-aerobic filters processes

經(jīng)過生物處理的二級(jí)出水中,細(xì)菌總數(shù)在(10～100)萬個(gè)/mL,通過絮凝-氣浮工藝,水中的細(xì)菌被沉淀物吸附和被氣浮產(chǎn)生的浮渣粘附去除,表4顯示,氣浮能將細(xì)菌總數(shù)降低到10萬個(gè)/mL以下,平均去除率超過50%;好氣濾池單元在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低細(xì)菌總數(shù),去除率達(dá)到了20%以上.因此氣浮-好氣濾池工藝為后續(xù)消毒處理降低了負(fù)荷,從而有效節(jié)約消毒劑的費(fèi)用.

3 結(jié)論

采用氣浮-好氣濾池工藝對(duì)二級(jí)出水深度處理研究表明,工藝對(duì)進(jìn)水水質(zhì)有良好的適應(yīng)性.氣浮-好氣濾池工藝對(duì)色度、COD、氨氮、總磷、濁度等指標(biāo)去除率高,在中、低濃度水質(zhì)條件下,出水水質(zhì)達(dá)到城市污水排放一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)(GB/T18918—2002)和城市雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(GB/T18920—2002);同時(shí)二級(jí)出水中UV254和細(xì)菌總數(shù)得到很好的去除.試驗(yàn)結(jié)果顯示,工藝流程中氣浮單元對(duì)有機(jī)物、濁度、總磷及UV254的去除起到關(guān)鍵作用,而后續(xù)的好氣濾池單元主要降低了氨氮指標(biāo),對(duì)濁度、有機(jī)物指標(biāo)的去除起到把關(guān)作用,因此氣浮-好氣濾池工藝合理分擔(dān)了二級(jí)出水中C、N、P等指標(biāo)的去除,是污水廠二級(jí)出水深度處理和回用值得推廣應(yīng)用的優(yōu)化工藝.

[1]JARUSUTTHIRAK C,AMY G.Understanding soluble microbial products(SMP)as a component of effluent organic matter(EfOM)[J].Wat Res,2007,41(11):2787-2793.

[2]TRUSSELL R S,MERLO R P,HERMANOWICZ SW,et al.The effect of organic loading on process performance and membrane fouling in a submerged membrane bioreactor treating municipal wastewater[J].Wat Res,2006,40(14):2675-2683.

[3]LIANG S,LIU C,SONG L F.Solublem icrobial products in membrane bioreactor operation:Behaviors,characteristics,and fouling potential[J].Wat Res,2007,41(1):95-101.

[4]LASPIDOU C S,RITTMANN B E.A unified theory for extracellular polymeric substances,soluble microbial products,and active and inert biomass[J].Wat Res,2002,36(11):2711-2720.

[5]ROSENBERGER S,LAABSC,LESJEAN B,et al.Impact of colloidal and soluble organic material onmembrane performance in membrane bioreactors for municipal wastewater treatment[J].Wat Res,2007,41(11):2787-2793.

[6]劉銳,黃霞,范彬.膜生物反應(yīng)器中溶解性微生物產(chǎn)物的研究進(jìn)展[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備,2002,3(1):1-7.LIU Rui,HUANG Xia,FANBin.Progress of studies on solublemicrobial products in amembrane bioreactor[J].Techniques and Equipments for Enviro Poll Cont,2002,3(1):1-7.(in Chinese)

[7]GAUDY A F,BLACHLY T R.A study of the bildegradability of residual COD[J].WPCF,1985,57(4):332-338.

[8]PARKIN G F,MCCARTY PL.A comparison ofsoluble organic nitrogen in untreated and activated sludge treated waste waters[J].Wat Res,1981,15(1):139-149.

[9]ZHOU A M,TANGH X,WANG D S.Phosphorus adsorption on natural sediments:modeling and effects of pH and sediment composition[J].Wat Res,2005,39(7):1245-1254.

(責(zé)任編輯 鄭筱梅)

Advanced Treatment of Secondary Effluent by Dissolved Air Flotation-Aerobic Filters Processes

ZHU Zhao-liang1,2,CAO Xiang-sheng1,LIDong1,MENG Xue-zheng1,WANG Jun-an1,ZHANG Jie1
(1.Key Lab of Beijing for Water Quality Science and Water Environment Restoration Engineering,Beijing University of Technology,Beijing 100124,China;2.School of Municipal and Environmental Engineering,Shandong Jianzhu University,Jinan 250101,China)

The grouping technology of dissolved air flotation and aerobic filters are optimal to wastewater advanced treatment.Tests of improving secondary effluent by dissolved air flotation-aerobic filter's process are studied.The results indicate that the flotation-aerobic filters process can adapt well to different influent concentration,including high,middle and low concentration.The average removal rates of colority,COD,ammonia nitrogen,total phosphor and turbidity by flotation-aerobic filter's processes are 64.8%,47.0%,80%,83%,and 77.8%respectively.The effluent reaches the Water Quality Standard for Urban miscellaneous Water Consumption(GB/T 18920—2002)and Urban Wastewater discharge standards(GB/T 18918—2002)when the influent is middle or low concentration.The UV254and bacteria are removed well too,and the average removal rates are45.7%and 62.5%respectively.In the end,the results show that the flotation process plays a key role in aspect of removing organics,turbidity,total phosphor and UV254,and the aerobic filters decrease the ammonia nitrogen concentration largely.On the basis of the flotation process,much turbidity and organics can be removed.

dissolved air flotation;aerobic filters;secondary effluent;advanced treatment

X 703.1

A

0254-0037(2010)04-0523-05

2008-10-27.

北京市優(yōu)秀人才培養(yǎng)資助項(xiàng)目(20071D0501500211);國(guó)家“八六三”計(jì)劃資助項(xiàng)目(2003AA601010).

朱兆亮(1975—),男,山東濟(jì)南人,副教授.