曝氣生物濾池—高效混凝沉淀工藝用于中度污染水質(zhì)處理的研究與應(yīng)用
1、概 述
隨著社會(huì)的發(fā)展，水資源緊缺的問題日益嚴(yán)重，水將成為制約社會(huì)發(fā)展的一項(xiàng)重要因素。目前我國缺水主要呈現(xiàn)水質(zhì)性缺水的特點(diǎn)，城市污水經(jīng)二級(jí)處理后出水直接排到水體，一方面增加了水體的自凈負(fù)荷，另一方面也是一種水資源的浪費(fèi)，所以保護(hù)資源除了從節(jié)約用水出發(fā)外，我們還要提高水處理技術(shù)水平，使得各種水質(zhì)都能夠得到充分的利用，來解決目前的水資源緊缺問題。二級(jí)處理出水占不能直接利用的水資源的很大比例，如果得到進(jìn)一步處理，可以被應(yīng)用于各種工業(yè)生產(chǎn)，這將對(duì)保護(hù)水資源、解決部分地區(qū)水質(zhì)性缺水問題會(huì)起到重要作用，為此本文介紹一種針對(duì)二級(jí)處理出水及相仿水質(zhì)原水的新型回用水處理工藝。
2、工藝流程簡介
2.1 二級(jí)處理出水的一般水質(zhì)指標(biāo)如下：
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以上各指標(biāo)為大多數(shù)污水廠的處理出水指標(biāo),不同水廠指標(biāo)略異。以上水質(zhì)一般可以用于灌溉等，但還不能滿足城市景觀水或工業(yè)用水的水質(zhì)要求。
2.2 工藝流程簡介：
針對(duì)以上及類似水質(zhì)，我們提出了一種能夠回用于電廠循環(huán)冷卻用水或其它一些工業(yè)用水的處理工藝，設(shè)計(jì)流程如下圖：
二級(jí)出水 → 調(diào)節(jié)水箱 → BAF → 高效混凝沉淀池 → 出水回用
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混凝劑、液氯
根據(jù)循環(huán)冷卻用水的水質(zhì)要求，把設(shè)計(jì)的工藝分為生物處理和物化處理兩部分。
生物處理部分為曝氣生物濾池（BAF）。曝氣生物濾池實(shí)質(zhì)是生物膜的一種實(shí)現(xiàn)形式，是在曝氣池中填充生物陶粒，利用陶粒表面附著的生物膜降解水中污染物的處理單元。由于陶粒具有粒徑小，孔隙率大，堆積密度小，比表面積大等特點(diǎn)，陶粒表面容易附著生物膜。陶粒表面附著大量的生物膜，生物膜中生長著眾多種屬和數(shù)量的微生物，有好氧菌、兼氧菌、厭氧菌，所以曝氣生物濾池對(duì)水中的各種有機(jī)物都有一個(gè)很好的去除作用，同時(shí)對(duì)氨氮也有很高的去除效率。
物化處理法是通過向原水中投加混凝劑，經(jīng)過合理的反應(yīng)和沉淀來去除水中的懸浮物和膠體同時(shí)又可以去除水中的磷的一種物理化學(xué)處理方法。本次設(shè)計(jì)中采用高效混凝沉淀池作為物化處理單元，高效混凝反應(yīng)沉淀池是利用流體力學(xué)理論，通過折板和一些整流板來實(shí)現(xiàn)控制水的流態(tài)使得水在反應(yīng)池中的剪切力從大到小，使脫穩(wěn)膠體形成致密的污泥礬花，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)絮凝合理控制，并保證絮凝反應(yīng)效果最佳且沉淀出水效果最好的一種反應(yīng)沉淀池。本單元特點(diǎn)：反應(yīng)時(shí)間短，沉淀池表面負(fù)荷高，沉淀池出水水質(zhì)好且出水穩(wěn)定，可以保證沉淀池出水濁度小于3NTU。
曝氣生物濾池要求進(jìn)水中不能含有滅菌劑或影響生物活性的混凝劑，而出水中會(huì)有大量細(xì)菌、懸浮物。根據(jù)這一工藝特點(diǎn)在其后布置高效混凝沉淀池，水力流程合理，運(yùn)行靈活方便，而且不必考慮投加藥劑對(duì)微生物的影響。
2.3 中試模型設(shè)計(jì)參數(shù)
1、曝氣生物濾池：外型設(shè)計(jì)尺寸為800×800×7500mm，由鋼板焊制而成，曝氣生物濾池內(nèi)濾層厚度3.5m（4.5m）。設(shè)計(jì)水量為2m3/h，曝氣生物濾池的有效停留時(shí)間為1.5小時(shí)。本次試驗(yàn)采用的曝氣生物濾池為上向流式，即下部進(jìn)水，上部出水，濾池設(shè)有進(jìn)水管、曝氣管、反沖洗進(jìn)水管、反沖洗氣管、生產(chǎn)出水管、反沖洗出水管，系統(tǒng)進(jìn)水、進(jìn)氣管路上均裝有流量計(jì)，以計(jì)量水量、氣量。
2、混凝沉淀池：池型為800×1500×2200mm，設(shè)計(jì)水量為2m3/h。反應(yīng)池的反應(yīng)時(shí)間為12min，沉淀池上升流速為2.4mm/s。
3、中試實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
試驗(yàn)的進(jìn)水為城市二級(jí)處理沉淀出水，開始運(yùn)行二十天左右進(jìn)行掛膜馴化等實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備，不對(duì)水質(zhì)進(jìn)行檢測，只是觀察生物膜的生物相，二十天后，生物相狀態(tài)基本穩(wěn)定，生物膜基本成型，可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢測分析。系統(tǒng)啟動(dòng)快是此新工藝主要特點(diǎn)。BAF生物陶粒采用自然掛膜方式，當(dāng)陶粒表面生物膜中的生物相穩(wěn)定后，即可認(rèn)為掛膜成功，此過程僅需要10～20天時(shí)間。肉眼觀察生物陶粒表面無明顯生物膜，但在顯微鏡下，可看到陶粒表面周圍有不連續(xù)的生物膜（菌膠團(tuán)為主體）存在。高效混凝沉淀池注水即可正常運(yùn)行，因此BAF掛膜成功可認(rèn)為整體系統(tǒng)啟動(dòng)完成。
以下是處理水量穩(wěn)定在2m3/h時(shí)的進(jìn)、出水檢測數(shù)據(jù)：
3.1 本系統(tǒng)對(duì)有機(jī)物的去除
本次試驗(yàn)的進(jìn)水COD為60～140mg/L，出水COD維持在30～50 mg/L之間，COD的平均去除率在50%左右。 其余未被降解的部分多數(shù)成分為難生物降解有機(jī)物，這種水質(zhì)一般可以應(yīng)用于電廠的循環(huán)冷卻或一般工業(yè)生產(chǎn)中，如印染行業(yè)等。
本工藝對(duì)比其它處理工藝對(duì)COD的去除效率高，且運(yùn)行穩(wěn)定。進(jìn)水為二級(jí)出水，因此原水可生化性較差，進(jìn)水COD為60～140mg/L，出水COD維持在30～50 mg/L之間。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，BAF對(duì)原水COD的去除率僅為30~40%，物化法高效混凝沉淀池對(duì)COD的去除率可達(dá)到30%，整套系統(tǒng)COD的平均去除率在50%左右。
實(shí)驗(yàn)的COD的容積運(yùn)行負(fù)荷為： 2.14㎏COD/m3d。對(duì)于有機(jī)物濃度比較低的進(jìn)水水質(zhì)，COD的容積負(fù)荷不宜太高。
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3.2 本系統(tǒng)對(duì)氨氮的去除
如上圖所示，進(jìn)水中的氨氮在50mg/L左右，在此負(fù)荷下，出水的氨氮可以控制在3mg/L以下，經(jīng)過投加氯氣，氨氮在投加氯氣的氧化作用下，出水氨氮值小于1mg/L，達(dá)到一般循環(huán)冷卻水的指標(biāo)要求，氨氮的去除率在95%以上。對(duì)于一般的城市二級(jí)出水，氨氮值較低，一般小于15 mg/L，經(jīng)本工藝處理后很容易滿足循環(huán)冷卻用水標(biāo)準(zhǔn)。本次實(shí)驗(yàn)氨氮的運(yùn)行容積負(fù)荷為1.07㎏氨氮/m3d。
3.3 本系統(tǒng)對(duì)濁度的去除
新工藝出水濁度低且穩(wěn)定。原水為二級(jí)出水濁度較低，在8～18NTU之間，BAF通過濾料的截留作用，是出水的濁度穩(wěn)定在10NTU左右，高效混凝沉淀通過脫穩(wěn)的膠體形成污泥礬花在沉淀池中沉淀去除原水濁度，沉淀池出水濁度小于3NTU，整套系統(tǒng)對(duì)濁度的去除率在80%以上。
4、 工程實(shí)例
我國江浙的大部分城市內(nèi)河水污染嚴(yán)重，一般水質(zhì)指標(biāo)與城市二級(jí)排放的水質(zhì)相仿（主要是由于內(nèi)河水流速度慢，很多加工企業(yè)超標(biāo)準(zhǔn)排放造成）。工程實(shí)例是采用本技術(shù)處理江蘇某地區(qū)的污染河水，處理后用于電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。本工程處理規(guī)模為600m3/h，原水污染嚴(yán)重，一般水質(zhì)為河水溫度1℃～40℃，懸浮物25～350mg/l，CODMn9.5～20.0mg/l，氨氮2.0～8.0mg/l，色度15～50度，水呈現(xiàn)暗綠色，有藻類漂浮。要求處理后出水為濁度小于3NTU，CODMn小于5mg/l，氨氮小于1.0mg/L，滿足電廠的用水要求。
處理工藝流程為曝氣生物濾池＋混凝沉淀池，曝氣池體積為13200×4900×8000mm，反應(yīng)沉淀池體積為9000×13000×5500mm，曝氣量為23m3/min，曝氣鼓風(fēng)機(jī)功率為45kw，曝氣池出水經(jīng)過投加聚鋁后，直接進(jìn)入混凝沉淀池，同時(shí)在反應(yīng)池首端設(shè)一根投加液氯管道，定期投氯滅藻殺菌，出水直接進(jìn)入循環(huán)冷卻水系統(tǒng)或化水車間。現(xiàn)已經(jīng)運(yùn)行一年多，運(yùn)行穩(wěn)定，系統(tǒng)容易停運(yùn)和再次啟動(dòng)，運(yùn)行管理方便，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，處理出水的水質(zhì)指標(biāo)可以穩(wěn)定為：
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5、結(jié)論
1) 對(duì)于二級(jí)出水，曝氣生物濾池加高效混凝沉淀處理工藝對(duì)氨氮具有很好的去除效果，氨氮去除率達(dá)95%以上，氨氮負(fù)荷為N=1.07kg/(m3.d)，在此負(fù)荷下，氨氮的處理出水可以達(dá)到循環(huán)冷卻水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（氨氮小于1mg/L）；
2) 二級(jí)出水經(jīng)過新工藝處理，COD可以達(dá)到《再生水回用于景觀水體的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》CJ/T95-2000（CODCr小于50 mg/L），接近《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GHZB1-1999）IV；
3) 新工藝的出水濁度可以達(dá)到循環(huán)冷卻水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
4) 新工藝抗沖擊負(fù)荷能力很強(qiáng)，沖擊負(fù)荷影響過后，系統(tǒng)可以很快恢復(fù)。
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