生物接觸氧化法處理生活污水的試驗

莊凱元

(江蘇佳鼎生態(tài)環(huán)境科技有限公司,江蘇 常州 213000)

生物接觸氧化技術(shù)是利用生物濾池在改進接觸曝氣形式后逐步衍變得到的生物膜處理技術(shù),沿續(xù)了生物膜法的主要特征,利用填料表面附著的微生物群體吸附氧化處理水體中的污染物,反應(yīng)器內(nèi)填料會浸入廢水中,微生物能夠持續(xù)生長繁衍,可利用機械設(shè)備為廢水注氧。相較于其他生物膜法的自然通風(fēng)供氧方式而言,可提高氧氣傳輸速率,實現(xiàn)生物高效降解。在生活污水處理中,生物接觸氧化法具有較高的應(yīng)用價值。

1 試驗設(shè)計

1.1 試驗裝置及設(shè)備

采用圓柱型、透明有機玻璃制成內(nèi)徑10 cm、高1.5 m的填料塔生物反應(yīng)器裝置,有效填料層高1 m,兩端高度均為0.25 m。填料塔底部安裝直徑為1 mm的穿孔管曝氣頭。填料塔生物反應(yīng)器的上、中、下部各設(shè)一個取樣口,反應(yīng)器上下兩端分別設(shè)有進水進氣口及出水出氣口。實驗所用設(shè)備如下:功率60 W、高度15 m、體積流量為21 L/min的15W10G-10型增壓泵;輸氣量為0.14 m3/ min、輸出壓力為0.69 MPa的T30型無油空氣壓縮機;規(guī)格為1.5～25 L/h的轉(zhuǎn)子流量計;規(guī)格為0.06～0.6 m3/h的氣體轉(zhuǎn)子流量計[1]。

1.2 試驗材料

試驗所用生活污水來源于學(xué)校餐廳及公寓污水檢查井,廢水呈黃色,存在明顯異味且較為油膩。因原水水質(zhì)及水量存在波動,內(nèi)含有機物濃度不一,油脂及表面活性劑含量不同。試驗前采用均質(zhì)法對原水進行預(yù)處理,預(yù)處理后原水化學(xué)需氧量為100～500 mg/L,懸浮物為100～300 mg/L,pH值5.5～7.5[2]。為確保填料作用的有效發(fā)揮,試驗選用中孔塑料球為填料,8～18 d便可完成掛膜。此填料是聚乙烯材料,成本相對低廉,具備良好的水力學(xué)特性、強附著性與物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定性。

1.3 試驗方法

1.3.1 過濾污水

試驗開始后,注入生活污水,經(jīng)過粗格柵、細格柵過濾處理后,去除其中粒徑高于0.2 cm的大顆粒懸浮物質(zhì),濾出廢水中的浮油殘渣,將過濾后的水排入調(diào)節(jié)池中。

1.3.2 泵入反應(yīng)器

在增壓泵作用下將過濾后的水泵入填料塔生物反應(yīng)器,廢水由進水口進入,利用液體轉(zhuǎn)子流量計進行計量檢測,而后再向反應(yīng)器中泵入。

1.3.3 充氣與降解

由空氣壓縮機向反應(yīng)器內(nèi)輸送曝氣氣源,待氣源穩(wěn)定之后利用氣體轉(zhuǎn)子流量計測定氣體量,壓縮空氣從反應(yīng)器底部的進氣口進入,與廢水液體順流接觸后發(fā)生降解反應(yīng)。

1.3.4 出水沉淀與排放

經(jīng)過降解處理后的水從反應(yīng)器頂部出水口流出,再向沉淀槽中排入,在沉淀槽中經(jīng)過一段時間的沉淀處理,使剩余污泥、脫落生物膜等物沉積于塔底后,再將處理完成的水從下部排污口排放出去。

1.3.5 水質(zhì)檢測

針對出水進行以下檢測:化學(xué)需氧量(COD)檢測,利用多功能水質(zhì)分析儀采用重鉻酸鉀法實施檢測作業(yè)。溶解氧量檢測,檢測工具為手提式溶解氧測定儀。懸浮物檢測,采取濾紙重量法實施檢測。pH值檢測,運用PH220K型pH值檢測計,采用玻璃電極法測定pH值。

生物接觸氧化法的試驗流程如圖1所示。

圖1 生物接觸氧化法試驗流程Fig.1 Biological contact oxidation test process

2 試驗研究

試驗時長為5個月,全過程監(jiān)測分析污水處理效果。試驗研究共分兩個階段。

2.1 馴化

在反應(yīng)器中分次放入活性污泥,各次放入量為600～700 mL,共計放入2 L即可,掛膜同時進行曝氣,進氣量控制為25 L/h,注入濃度為300 mg/L的水,24 h后排掉50%的水替換為新鮮污水,污水總量保持在5 L左右,進水速度不可超過2 L/h,避免因進水流速較高影響填料表面及空隙間生物膜附著效果。8～18 d后,填料表面可觀測到灰白色與褐色交雜的0.15 mm左右厚度的生物膜,取樣鏡檢可見內(nèi)含大量高活性微生物,生物及結(jié)構(gòu)特征均與試驗要求相符,對反應(yīng)器進口及出口處的化學(xué)需氧量進行測定后分析微生物降解能力,符合要求后穩(wěn)定24 h便可正式運行[3]。

2.2 運行

掛膜后逐級增大廢水有機負荷,找出最大負荷率,從負荷差異、曝氣條件、水力停留時間、氣液比等維度分析懸浮物及化學(xué)需氧量控制效果。以600 mL/h的進水量注入污水,運行一周后,將進水流量依次提高至2倍、3倍,各流量值下均運行一周。整個運行期間每日監(jiān)測出水數(shù)據(jù)變化,統(tǒng)計化學(xué)需氧量及懸浮物的去除率。負荷運行期間,設(shè)置6個水力停留時間,分別是1.5 h、2 h、3 h、4 h、5.5 h、6.5 h,在各流量條件下測定出水濃度,再分別計算出COD去除率。運行過程中,氣液比應(yīng)設(shè)置為10～33∶1,水力停留時間為5 h條件下,分別測定溶解氧值,對反應(yīng)器出口的COD去除率進行計算。在進水流量4 L/h、進水濃度為300 mg/L的條件下,對曝氣量進行調(diào)節(jié),統(tǒng)計COD去除率[4]。

3 試驗結(jié)果討論

3.1 不同進水量對污水處理效果的影響

3.1.1 COD去除效果

生物接觸氧法處理生活污水試驗中,氣液比設(shè)定為10～15∶1,水力停留時間控制在5 h,填料反應(yīng)器在進水量為600 mL/h、1200 mL/h、1800 mL/h條件下分別運行7 d,運行期間不可間斷,每日監(jiān)測出水的化學(xué)需氧量變化,得出的變化曲線如圖2所示。

圖2 進出水COD及其去除率逐日變化曲線Fig.2 Daily variation curve of COD and its removal rate in inlet and outlet water

根據(jù)曲線變化發(fā)現(xiàn),COD濃度為200～400 mg/L、水力停留時間5 h時,出水COD最小值為 25 mg/L,此時COD平均去除率為77.4%。當進水流量逐步提高時,COD去除率呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢,這是由于進水流量增大,有機負荷發(fā)生了變化,COD去除效果受到影響。說明進水流量的大小與COD去除率之間為反相關(guān)關(guān)系。

3.1.2 懸浮物去除效果

上述條件不變時,通過每日監(jiān)測可得到懸浮物變化數(shù)據(jù),繪出的曲線如圖3所示。由圖3可知,進水中懸浮固體濃度為0.15～0.25 g/L、水力停留時間5 h時,出水中懸浮物最小值僅為30 mg/L,此時懸浮物去除效果最高值為86.4%,平均值為73.25%。根據(jù)曲線變化發(fā)現(xiàn),在進水懸浮物總量增加的同時出水懸浮物數(shù)量并未同步增長,當進水流量增大時會出現(xiàn)懸浮物增多的趨勢,這是由于進水流量提高導(dǎo)致曝氣量增長,氣流攪動作用導(dǎo)致生物膜碎片大量脫落,進而導(dǎo)致懸浮物增加,影響懸浮物去除效果。

圖3 進出水懸浮物及其去除率逐日變化曲線Fig.3 Daily change curve of suspended solids in and out of water and their removal rate

3.2 不同水力停留時間對COD去除效果的影響

為了得到生物接觸氧化法處理生活污水的最佳水力停留時間,在進口流量為300 mg/L條件下,對不同水力停留時間的出水濃度進行測定,在此基礎(chǔ)上計算化學(xué)需氧量處理前后變化差值。分析得出,水力停留時間越長,COD去除效果越好,水力停留時間為5.5 h時,去除率最高值為90%左右,水力停留時間繼續(xù)增至6.5 h時,COD去除效果提高率并不顯著。這是由于微生物總量及所屬性質(zhì)、有機底物濃度恒定時,有機底物相對充足,微生物降解速度較快,而隨著時間的推移,有機底物的量不斷變少,微生物降解速度下降,導(dǎo)致COD去除率先增長后下降的變化趨勢。

3.3 不同曝氣條件對COD去除效果的影響

應(yīng)用生物接觸氧化法時,充氧設(shè)備的能耗在污水處理成本中占比較高,一般為65%左右,如果處理能力恒定,調(diào)低空氣輸入率,便能節(jié)約污水處理系統(tǒng)運行成本[5]。在氣液比為10～33∶1、水力停留時間為5 h條件下,測定進水曝氣量的變化及COD去除率。結(jié)果發(fā)現(xiàn),曝氣量越高,COD去除效果越佳。當溶解氧濃度不超過3.0 mg/L時,污水處理效果最差,在溶解氧量增大時,COD去除效果不斷提高。溶解氧濃度達到4.5 mg/L時,可獲取高達90%的COD去除率。但如果曝氣量繼續(xù)增大時,由于水中營養(yǎng)物含量下降,微生物營養(yǎng)不足,其自身活性有所下降,因而COD處理效果提升并不明顯。利用生物接觸氧化法處理生活污水時,最為適宜的溶解氧濃度為4.5～5.0 mg/L。

3.4 不同氣液比條件對COD去除效果的影響

采用塑料球作為填料時,當濾速設(shè)定為4 L/h、進水化學(xué)需氧量濃度為300 mg/L時,對曝氣量進行調(diào)整,再對出水的COD去除率進行檢測與計算,判斷不同氣液比對COD去除效果的影響。氣液比為6～15∶1時,檢測發(fā)現(xiàn)出水COD去除率高于90%,此時反應(yīng)器中部溶解氧濃度為5 mg/L左右。而溶解氧濃度逐步增大時,氣液比提升至20∶1時,出水COD去除率會逐步下降,但前期下降并不明顯,當氣液比增大至30∶1時,下降值較為明顯,會降至70%左右,水中會有膜樣碎片產(chǎn)生。說明在氣液比增大過程中,填料反應(yīng)器內(nèi)部流體流速不斷提升,氣流會沖刷生物膜,在微生物減少的情況下,反應(yīng)器的污水處理能力下降,影響污水處理效果。由此可見,應(yīng)選擇適合的氣液比,這一比值過高或過低均不可。

4 結(jié)論

通過試驗分析發(fā)現(xiàn),利用填料塔生物反應(yīng)器作為生活污水處理設(shè)備具有可行性,能夠得到良好的污水處理效果。結(jié)合試驗分析結(jié)果,應(yīng)用生物接觸氧法及填料塔生物反應(yīng)器處理生活污水時應(yīng)選用塑料球為填料,水力停留時間最好設(shè)定為5.5 h,曝氣量應(yīng)控制在4.5～5 mg/L,氣液比應(yīng)介于6∶1～15∶1,此時COD去除效果最為理想,不僅能夠提升生活污水處理效果,還能降低污水處理成本。