曝氣量對(duì)好氧填料床處理農(nóng)家樂生活污水的影響*

蘇 翔，王 佳，張偉進(jìn)

(1.重慶工商大學(xué)環(huán)境與生物工程學(xué)院，重慶400067;2.渭南市環(huán)境保護(hù)科學(xué)技術(shù)咨詢中心，陜西渭南714000;3.重慶永川工業(yè)園區(qū)鳳凰湖管理委員會(huì) ，重慶402160)

好氧填料床采用與曝氣池相同的曝氣方法，提供微生物所需的氧量，并起攪拌與混合的作用，這樣，又相當(dāng)于在曝氣池內(nèi)投加填料，以供微生物棲息，因此，又稱為接觸曝氣法，是一種介于活性污泥法與生物濾池兩者之間的生物處理法。它具有處理時(shí)間短、體積小、凈化效果好、出水水質(zhì)好而穩(wěn)定、污泥不需回流也不膨脹、耗電小等優(yōu)點(diǎn)［1］。在接觸好氧區(qū)進(jìn)行曝氣，是使空氣中的氧轉(zhuǎn)移到廢水中而被好氧微生物所利用并分解廢水中的有機(jī)污染物的過程，而氧在廢水中的轉(zhuǎn)移規(guī)律在很大程度上由污水水質(zhì)、污水溫度、氧分壓、曝氣作用下的浸沒深度等因素有關(guān)［2］。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)裝置與材料

1.1.1 試驗(yàn)裝置與工藝流程

試驗(yàn)的好氧填料床有效體積為24 L，池內(nèi)裝有立體彈性-組合-阿科蔓生態(tài)基3種混合填料，污水經(jīng)厭氧反應(yīng)區(qū)處理后，水流自上而下進(jìn)入接觸好氧填料床，試驗(yàn)裝置見圖1。

1.1.2 試驗(yàn)用水及接種污泥

試驗(yàn)所用生活污水為重慶市南岸區(qū)南山鎮(zhèn)某農(nóng)家樂生活污水，該污水有機(jī)污染物濃度比較高，如果取水回來(lái)放置時(shí)間比較久，其水質(zhì)會(huì)發(fā)生比較大的變化，因此試驗(yàn)研究的采樣時(shí)間間隔為5 d/次，下午5:30～6:30左右采樣。污水經(jīng)過厭氧填料床處理后，再進(jìn)入好氧填料床，其水質(zhì)情況見表1。

課題實(shí)驗(yàn)所用的接種污泥來(lái)自重慶市南岸區(qū)茶園新區(qū)污水處理廠的回流污泥，該污水處理廠接納的污水主要是茶園新區(qū)生活污水及少部分工業(yè)用水，其中生活污水占有比重比較大，取回來(lái)的污泥可不用進(jìn)行馴化，在反應(yīng)器內(nèi)與農(nóng)家樂生活污水充分接觸適應(yīng)1～2 d即可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

圖1 試驗(yàn)裝置

表1 水質(zhì)情況

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)運(yùn)行內(nèi)容

好氧填料床經(jīng)過10 d左右的掛膜成功后，在處理水量Q為6 L/h，水力停留時(shí)間為4 h，間歇曝氣2 h停2 h，連續(xù)進(jìn)水等條件下考察好氧及沉淀處理單元的溶解氧與曝氣量的關(guān)系，并測(cè)定各水質(zhì)指標(biāo)，考察不同曝氣量對(duì)出水水質(zhì)的影響，從而確定好氧處理單元所需要的最佳曝氣量。

1.2.2 分析項(xiàng)目及測(cè)定方法

根據(jù)國(guó)家環(huán)保部發(fā)布的水質(zhì)監(jiān)測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定各主要水質(zhì)指標(biāo)，方法見表2。

表2 實(shí)驗(yàn)分析項(xiàng)目及測(cè)定方法

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 不同曝氣量與好氧及沉淀處理單元溶解氧的關(guān)系

在進(jìn)水流量、水力停留時(shí)間、曝氣方式不變的情況下，調(diào)節(jié)空氣泵及玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)，改變凈化槽好氧處理單元內(nèi)的曝氣量，用溶解氧儀測(cè)定好氧區(qū)及沉淀區(qū)的溶解氧，其曝氣量與溶解氧的關(guān)系見圖2:

圖2 溶解氧與不同曝氣量的關(guān)系

由圖2可知，好氧處理單元及沉淀處理單元的溶解氧濃度隨著曝氣量的增大而增大，在較低曝氣量下，廢水中好氧微生物的活性也比較低，它們新陳代謝所消耗的溶解氧也相對(duì)比較少［4］，因此曝氣量0.1 m3/h處，溶解氧濃度的增長(zhǎng)速度比較快;當(dāng)曝氣量達(dá)到一定強(qiáng)度后，好氧區(qū)的微生物活性增大，它們分解廢水中有機(jī)污染物所消耗的溶解氧增多［5］，因此曝氣量在0.1～0.25 m3/h范圍內(nèi)，溶解氧濃度的增長(zhǎng)速度較之前的緩慢;但是當(dāng)曝氣量在0.25～35 m3/h范圍內(nèi)，此時(shí)好氧區(qū)內(nèi)的微生物降解有機(jī)污染物所需的溶解氧已達(dá)到極限，此曝氣量階段溶解氧又出現(xiàn)一個(gè)快速增長(zhǎng)狀態(tài);直至把曝氣強(qiáng)度提高到0.35 m3/h以后，廢水中的溶解氧慢慢趨向于飽和狀態(tài)，其增長(zhǎng)速度也逐漸降低。另外，從沉淀區(qū)溶解氧曲線圖可知，在曝氣量為0.25 m3/h處，其對(duì)應(yīng)的溶解氧為2.2 mg/L，通過相關(guān)文獻(xiàn)查詢，沉淀區(qū)內(nèi)水的溶解氧濃度如果低于2 mg/L，將會(huì)發(fā)生污泥膨脹現(xiàn)狀，從而導(dǎo)致出水水質(zhì)惡化，影響處理效果［6］。因此從以上分析來(lái)看，曝氣量為0.25 m3/h時(shí)既滿足好氧微生物降解有機(jī)污染物所需溶解氧的最佳范圍又滿足沉淀區(qū)污水所需溶解氧的最低范圍。

2.2 不同曝氣量對(duì)出水水質(zhì)的影響

在進(jìn)水流量、水力停留時(shí)間、曝氣方式不變的情況下，調(diào)節(jié)空氣泵及玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)，改變凈化槽好氧處理單元內(nèi)的曝氣量，測(cè)定各個(gè)主要的出水水質(zhì)指標(biāo)，考察曝氣強(qiáng)度對(duì)出水水質(zhì)的影響。

2.2.1 不同曝氣量對(duì)CODcr的影響

從圖3可看出，一開始出水CODcr去除率隨著曝氣量的增大而增大，曝氣量在0.25 m3/L處，CODcr去除率為86.6%，去除率最大值出現(xiàn)在曝氣量為0.3 m3/h處，此時(shí)CODcr的去除率為87%，但是當(dāng)繼續(xù)提高曝氣強(qiáng)度后，從圖3可看到CODcr去除率開始出現(xiàn)下降趨勢(shì)，當(dāng)曝氣量提升至0.5 m3/h時(shí)，其對(duì)應(yīng)的CODcr去除率僅為70%。分析其原因，好氧微生物的活性會(huì)隨著曝氣量的增大而增高，從而其去除廢水中有機(jī)污染物的能力也越高，但是當(dāng)曝氣量達(dá)到一定強(qiáng)度后，過量的曝氣強(qiáng)度導(dǎo)致好氧微生物膜出現(xiàn)破損現(xiàn)象，從而降低處理廢水效果，因此就會(huì)出現(xiàn)CODcr去除率下降情況。

圖3 曝氣量與CODcr去除率的關(guān)系

2.2.2 不同曝氣量對(duì)NH3－N的影響

凈化槽對(duì)NH3－N的去除主要發(fā)生在好氧反應(yīng)階段，通過生物硝化進(jìn)行處理，在好氧條件下，通過亞硝酸鹽菌和硝酸鹽菌的作用下，將NH3－N轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的過程，一般1 g氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮時(shí)需要溶解氧4.57 g［7，8］，因此好氧區(qū)對(duì)氨氮的去除與溶解氧有相當(dāng)重要的關(guān)系。從圖4可看出，當(dāng)曝氣量為0.1 m3/h處，對(duì)NH3－N的去除效果不佳，其對(duì)應(yīng)的去除率僅為7%，隨著曝氣量的增大，好氧處理區(qū)內(nèi)的硝化菌所需要的溶解氧也相應(yīng)增多，從而NH3－N的去除率也隨著增大，在曝氣量為0.35 m3/h處，其去除率最高，可達(dá)91%。曝氣量在0.25 m3/h處，對(duì)應(yīng)的NH3－N去除率為86%，出水濃度為13 mg/L，已達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)曝氣量超過0.35 m3/h后，NH3－N的去除效果逐漸變差，原因跟圖3中CODcr的情況一樣，都是由于過量曝氣而導(dǎo)致微生物膜的破損造成的。

圖4 曝氣量與NH3－N去除率的關(guān)系

2.2.3 不同曝氣量對(duì)SS的影響

由于通過厭氧區(qū)處理過后，SS濃度明顯下降，廢水經(jīng)過好氧區(qū)處理單元后，SS得到了進(jìn)一步的降解。由圖5可看出，SS去除率隨著曝氣強(qiáng)度的加大而增大，當(dāng)曝氣量在0.25 m3/h處，其去除率為87%，在曝氣量為0.3 m3/h處，SS去除率達(dá)到91%，往后再增大曝氣量，SS的去除率基本沒有多大變化。

圖5 曝氣量與SS去除率的關(guān)系

2.2.4 不同曝氣量對(duì)動(dòng)植物油的影響

廢水經(jīng)過隔油池的隔油處理后，廢水中的動(dòng)植物油脂含量明顯下降，但是仍然存在小顆粒油脂未得到去除，在經(jīng)過厭氧及好氧處理單元后，通過附在填料上的微生物攔截、吸附等作用，動(dòng)植物油脂得到了進(jìn)一步的去除。圖6考察了在不同曝氣強(qiáng)度對(duì)出水中動(dòng)植物油去除率的影響，由圖6數(shù)據(jù)可看出好氧區(qū)廢水中的動(dòng)植物油在較低曝氣量下其去除率仍然可達(dá)80%左右，它隨曝氣量的改變不是很明顯，原因是動(dòng)植物油脂在隔油池及厭氧處理單元已得到了較好的處理效果，到了好氧處理單元?jiǎng)又参镉椭暮恳呀?jīng)相對(duì)比較低。當(dāng)曝氣量在0.25 m3/h處，其對(duì)應(yīng)的動(dòng)植物油去除率為91%，完全可以達(dá)標(biāo)排放，雖然繼續(xù)增大曝氣量，其去除率會(huì)有緩慢上升趨勢(shì)，但是考慮到實(shí)際應(yīng)用，節(jié)約能源沒有必要再增大曝氣強(qiáng)度。

圖6 曝氣量與動(dòng)植物油去除率的關(guān)系

3 結(jié)論

(1)通過不同曝氣強(qiáng)度與好氧及沉淀處理單元溶解氧的實(shí)驗(yàn)研究分析結(jié)果表明，好氧區(qū)所需的最佳曝氣強(qiáng)度范圍在0.25～0.35 m3/h之間，當(dāng)曝氣量低于0.25 m3/h時(shí)，沉淀區(qū)的溶解氧濃度將會(huì)小于2 mg/L，對(duì)水質(zhì)會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響。

(2)不同曝氣強(qiáng)度對(duì)出水水質(zhì)的影響實(shí)驗(yàn)表明，在較低曝氣量為0.25 m3/h情況下，出水CODcr、NH3－N、SS、動(dòng)植物油的去除率分別為:86%、86.6%、87%、91%，出水均可達(dá)標(biāo)排放。

(3)綜上分析，確定曝氣量0.25 m3/h為凈化槽好氧處理單元的最佳曝氣量。

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