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污水处理设备中氮磷及有机污染物去除工艺
时间:2020-09-04 点击次数:85

  污水处理设备中有机沾染物、氮、磷的极限去除与污水处理厂的资源节俭始终是我国污水处理技巧的重点研究方向。当初,污水处理厂排放标准一直进步,然而大量合流制管网的存在跟产业企业的一直增加,导致城市污水处理厂普遍存在进水颗粒沾染物含量高、产业废水增多、碳源匮乏的景象,且产业废水带来大量难降解有机物,给污水处理厂生物池内的微生物带来破坏性的影响,重大影响出水COD的达标。基于此,开发优化碳源利用跟强化污水处理后果的工艺技巧十分必要。

  生物吸附降解工艺利用细菌的絮凝吸附作用实现对进水中有机物的疾速高效去除。工业污水处理设备主要目的是将生活污水和与之相类似的工业有机废水处理后达到回用水质要求,使废水处理后资源化利用。在总结国内外先进经验的基础上,不断改进污水处理工艺,促进了污水处理设备的大发展。 城市污水中所含COD约50%以上是由SS形成的,而生物吸附降解工艺中生物吸附工艺的絮凝吸附作用对污水中非溶解性有机物存在较强去除后果。研究发明生物吸附段重要以吸附、接收的情势去除的有机物。且生物吸附段的水利停留时光跟污泥龄均较短,污泥可能疾速高效富集进水碳源进行资源利用。如郑凯凯等研究发明生物吸附池可能疾速富集进水中55.1%的有机物,产生的残余污泥采取厌氧发酵方法处理,可生产优质碳源应用到后期生物处理,实现了资源回收。
  多级A/O工艺利用微生物在缺氧好氧交替环境下的生福分动实现对沾染物的去除,可能充分利用碳源实现对氮磷高效去除,且存在操作机动,抗冲击负荷才干强的优点,合乎近年来国度提倡的节能减排,清洁生产的号令。有研究者利用多级A/O工艺处理N、TP去除率达到了79.6%跟79.5%。目前多级A/O工艺在石家庄市、潍坊市、西安市等的城镇污水处理厂的提标改革中被普遍利用,可见该技巧存在良好的利用前景。
  通例污水处理厂多采取活性污泥法作为主体工艺,而二级出水中通常含有30~40 mg·L−1的COD,其中大局部难堪生物降解有机物,这局部沾染物难以被通例生物处理工艺去除。针对难降解有机物的去除难点,活性炭吸附是较为有效的处理方法之一,但因为价格及本钱高难以利用于污水处理。而褐煤制备的活性焦作为一种新型的吸附资料,与活性炭性质类似,且其来源更广本钱更低,存在比名义积较小、中孔发达的特点,对难降解的大分子有机物存在良好的吸附机能。目前活性焦在污水处理方面,重要利用于产业废水,如焦化废水、垃圾渗滤液等,也可能用于强化通例生物处理,对沾染物均表示出较好的处理后果,尤其对有机物去除后果明显,可见活性焦在污水处理方面存在较大潜能跟较好的利用前景。

  

本研究将AB工艺、多级A/O工艺与活性焦滤池相结合,充分利用各单元疾速富集有机物、节俭内回流设施、无需外加碳源、抗冲击负荷才干强、脱氮除磷效力高、优化体系出水等优点,通过参数优化、进出水水质检测、工艺沿程剖析、活性污泥静态模仿实验、有机物组分剖析等手段,对组合工艺处理后果进行体系研究。
  1 资料与方法
  1.1 实验用水
  实验进水为江苏省无锡市某污水处理厂曝气沉砂池出水,该厂进水生活污水跟产业废水均匀比例为
  3:1,是极具代表性的城市污水处理厂进水。表1为实验进水重要水质指标。

  表1 进水水质
  Table 1 Quality of wastewater
  表1 进水水质
  Table 1 Quality of wastewater 统计值COD浓度/TN浓度/STN浓度/NH3-N浓度/NO3−-N浓度/TON浓度/TP浓度/PO43--P浓度/SS浓度/pH
  均匀值2874038340.1545.23.1306.9
  浓度范畴150~40030~6028~5620~460~0.52~91.5~81~615~506.5~7
  注: STN表示溶解性总氮,TON表示总有机氮。
  1.2 实验装置及运行工况
  组合工艺装置如图1所示,生物吸附池为圆柱状,尺寸为d×H=20 cm×50 cm,HRT为0.5 h,DO坚持0.3~0.5 mg·L−1,SRT为10 d;污水自生物吸附池流至多级A/O段,该段工艺设置为厌氧-缺氧-好氧-缺氧-好氧,采取多段多点进水,进水点分辨为厌氧池、第1级缺氧池、第2级缺氧池;活性焦滤池尺寸为d×H=15 cm×100 cm,填充比为60%。装置运行分3个阶段:启动阶段,在0~10 d,取该厂好氧池污泥于反应器中进行培养;优化运行阶段,调剂多级AO段进水流量比、HRT、回流比,通过参数调剂使体系实现了较好的沾染物处理后果;牢固运行阶段,将体系把持在更优参数下牢固运行。印染污水处理设备不是多净化几遍的问题,而是整个净化工艺都要发生变化,这需要大量的资金。有位从事多年污水处理行业的人士给出了一个计算模型,一个污水处理厂从一级B排放标准到一级A排放标准的追加投资,等于该处理厂原始投资成本的50%-70%。

  图1 生物吸附-多级A/O-活性焦组合工艺流程
  1.3 剖析方法
  水样预处理后,NO3−-N、NH3-N、NO2−-N、PO43--P、TN、STN、TP、COD等指标均采取国标法测定,TON的检测方法为差减法,盘算公式为:
  C=C-C- C-CSS、MLSS跟MLVSS采取品质法,水中悬浮物质粒径散布采取激光粒度仪法进行检测,活性焦名义物理性质采取BET法进行检测。
  1.4 有机物组分检测
  采取气质联用法剖析体系处理前后有机物组分变更。首先分辨将水样用滤纸过滤,除去其中的悬浮物质,而后对水样中有机物进行萃取,以去离子水作为空白试样,参照美国环保署对产业废水的取样跟剖析方法[18],进步行中性萃取,量取500 mL过滤出水,将pH调至中性,用50 mL二氯甲烷进行萃取,使劲振荡5 min,静置,待分层完全后将萃取层进行分别,之后再加入50 mL二氯甲烷重复以上的操作,并将2次萃取物进行合并;而后将萃余局部用5 mol·L−1的NaOH调节pH至12,再分2次用25mL二氯甲烷萃取,将萃取层合并;最后将萃余局部用20%的硫酸调节pH至2,分2次用25 mL的二氯甲烷萃取,合并萃取层,将3份萃取层混淆,用旋转蒸发器在43 ℃下稀释至1 mL,加少量无水硫酸钠干燥,在4 ℃前提下保存待测。有机物组分采取GC-MS进行剖析。
  1.5 静态模仿实验
  体系中活性污泥的脱氮除磷机能采取静态模仿实验进行测定,硝化速率、反硝化速率、释磷速率分辨参照文献中的测定方法,其中硝化速率跟反硝化速率分辨表示单位污泥每小时产生或去除硝酸盐的量,释磷速率表示单位污泥每小时开释的磷酸盐的量,单位均为mg·−1。生物降解实验是利用2 L体系中活性污泥对2 L多级A/O段出水进行2 h曝气实验,取不同时光点水样检测COD变更情况。
  2 结果与探讨
  2.1 组合工艺对氮的去除
  图2为体系对NH3-N、TN的去除情况,TN的进水均匀浓度为40 mg·L−1,TN出水均匀浓度为12.1 mg·L−1,NH3-N去除率可达,出水中基本不含有氨氮,其起因是多级好氧为硝化细菌供给了良好成长环境,体系硝化才干良好,因此多级A/O工艺段可能实现NH3-N完全硝化。
  体系优化进程中,在10 d时将多级A/O体系进水调配比例由1:1:1调剂为5:3:2,发明脱氮效力由37%回升至51.2%,其起因为多级A/O体系中污泥量沿流程逐步递减,调剂进水流量比后,碳源调配更公道,可能使有限碳源被反硝化细菌跟聚磷菌高效利用,避免在好氧段的挥霍[22];在20 d时将HRT由原12.8 h调剂为10.7 h,发明体系脱氮才干有小幅度回升,由72%回升至75.4%;在30 d时将污泥回流比由80%调剂为,该时代污水处理厂接入了大量的垃圾渗滤液),带来了难以被生物氨化的有机氮,重大影响了出水TN水平,TN去除率由75%降至65%。工业污水处理设备主要目的是将生活污水和与之相类似的工业有机废水处理后达到回用水质要求,使废水处理后资源化利用。在总结国内外先进经验的基础上,不断改进污水处理工艺,促进了污水处理设备的大发展。 有研究表明,污水处理厂进水中有机氮组分十分庞杂,较大局部难以被生物去除,导致大量溶解态有机氮存在于二级出水中,会导致污水处理厂出水TN浓度偏高。经过短期适应之后,体系脱氮才干疾速回升,TN去除率回升至77%,说明体系能在较短时光内适应外来冲击,恢复菌群活性,保障处理后果,存在较好抗冲击才干。体系牢固运行期间,TN均匀去除率为76.5%,出水TN均匀浓度为10.5 mg·L−1,实现了高标准出水。体系的硝化速率跟反硝化速率均随运行时光回升,至牢固运行阶段分辨为3.67 mg·−1跟3.47 mg·−1,可见该体系中脱氮功能菌活性较好,能保障体系有效脱氮。

  图2 生物吸附-多级A/O-活性焦组合工艺脱氮后果
  2.2 组合工艺对磷的去除
  进水TP浓度为1.5~8 mg·L−1,进水磷酸盐浓度为1~6 mg·L−1。其余局部为颗粒态物质携带的磷。体系中生物吸附段利用絮凝吸附疾速去除进水中颗粒态沾染物,从而去除颗粒物质携带的不溶性TP跟局部溶解性磷酸盐[26]。多级A/O段聚磷菌重要利用厌氧释磷、好氧吸磷机制实现生物除磷。
  在优化阶段,调剂多级A/O进水流量比跟HRT对除磷后果影响较大,TP去除率由60%回升至80%。其起因为污水进水比例调剂为5:3:2可能及时为厌氧释磷反应供给碳源,减少了聚磷菌跟反硝化细菌的竞争,有利于聚磷菌的成长;且污泥自二沉池回流至厌氧区,在生物池内发明出由高到低的污泥浓度梯度,厌氧区内进水比例增大有利于大量聚磷菌在厌氧区的释磷。HRT直接影响泥水接触时光,将HRT由原12.8 h调剂为10.7 h,减弱了聚磷菌在缺氧区的重复释磷,使出水TP浓度降落。释磷静态模仿实验亦发明多级A/O体系中活性污泥除磷才干随着运行时光呈小幅度回升,释磷速率由初期的2.54 mg·−1回升至牢固阶段3.21 mg·−1,较无锡地区通例污水处理厂均值2.53 mg·−1高26.37%。体系出水TP浓度牢固在0.2~0.4 mg·L−1之间,均匀为0.25 mg·L−1,实现了TP高标准出水。具体接洽污水宝或参见http://www.dowater.com更多相干技巧文档。

  图3 生物吸附-多级A/O-活性焦组合工艺除磷后果
  2.3 组合工艺对有机物的去除
  在启动阶段,有机物处理后果不佳且出水稳定较大,出水COD均值为45mg·L−1,其重要起因为初期生物吸附池中活性污泥菌群尚未适应低HR
  T、低DO的运行环境,未形成存在生物絮凝吸附功能的特点菌群,施展吸附絮凝作用;其次,多级A/O段接种污泥取自该污水处理厂挪动床生物膜反应器,骤然失去填料附着,生物量大幅度降落,MLVSS由3 200 mg·L−1降至1 650 mg·L−1,导致有机物去除后果不佳。在该运行阶段,活性焦滤池去除了进水中大局部有机物,其起因为活性焦可能利用其较大的比名义跟中孔结构,吸附去除进水中不溶性跟局部溶解性有机物。
  在运行优化阶段,有机物处理后果稳定较大,然而各沾染物去除率呈牢固回升趋势,将进水比例由1:1:1调剂为5:3:2时,发明组合工艺对COD的去除率由80%回升至90%,有较大幅度晋升,其起因为AO体系中生物量延程递减,进水比例调剂为
  5:3:2均衡负荷,更有利于微生物利用有机物,孙月鹏在多级A/O工艺处理低碳源污水的实验研究中发明,进水比例为
  5:3:2前提下,多级A/O反应器长期牢固运行,亦实现了有机物的高效去除,与本研究采取的运行参数相近,实验结果相符。优化运行阶段结束时,体系出水COD去除率由运行初期的65%回升至94.2%。在40 d后,反应器进入牢固运行期,出水COD均匀值为20 mg·L−1,去除率为95%。

  图4 生物吸附-多级A/O-活性焦组合工艺有机物去除后果
  2.3.1 生物吸附段有机物去除
  由图5可见,牢固运行阶段进水COD在生物吸附段去除量为140~285 mg·L−1,均匀去除率为55%,重要去除了进水中不溶性颗粒态物质。其起因为生物吸附段活性污泥处于低HRT,低DO环境,对有机物的去除以微生物的絮凝吸附作用为主。通过图6对生物吸附段进出水中颗粒物粒径检测发明,污水中位径由26.11 μm降至18.43 μm,均匀粒径由34.51 μm降落至21.42 μm,其中大于35 μm的大颗粒物比例由36.15%降至15.5%,可见生物吸附段对进水中粒径较大的颗粒态有机物实现了疾速去除,污泥富集该局部有机物,为后续残余污泥的资源化奠定了基本。
  通过有机物组分变更剖析发明,体系进水中含22种溶解性有机物,其中5种苯环类物质占总有机物含量30.79%,其余多为长链烷烃类物质,吸附池出水中重要为氯代苯、2,4-双苯酚、2,2-亚甲基双甲基苯酚、八甲基环四硅氧烷等4种物质,均为大分子、难生物降解的环烷类或含苯环的有机物,其中2,4-双苯酚、2,2-亚甲基双甲基苯酚因为在苯环上连接甲基跟羟基使其存在较强亲水性,所以难以被吸附去除。

  图5 生物吸附-多级A/O-活性焦组合工艺COD沿程变更

  图6 污水粒径变更
 
  表2 生物吸附-多级A/O-活性焦组合工艺进出水有机物组分变更
  2.3.3 活性焦滤池对有机物去除情况
  活性焦滤池对COD去除率约为14%,COD均匀浓度由二级出水40 mg·L−1降至20 mg·L−1,实现了有机物的极限去除,相较于该污水处理厂MBBR工艺的出水COD水平更低。
  有机物组分检测发明,活性焦出水中含有8种有机物,比组合工艺进水减少了13种,出水中重要为长链烷烃跟醇类,占总有机物总量46.53%,原水中难生物降解的大分子苯环类物质均被去除。对比多级AO出水跟活性焦滤池出水中有机物组散发明,经过活性焦吸附跟截留,芳香族类、环烷烃类、卤代烃类有机物比例由50.23%降至10.24%,其起因为吸附剂的吸附容量大小与其孔结构密切相干,通常须要吸附剂孔径与跟吸附质分子大小彼此匹配,检测活性焦名义物理性质,其孔径散布如图8所示,在大于2 nm的中孔范畴内有峰值呈现,其孔径的峰值出当初3.5~4.0 nm之间。有研究发明,活性焦的吸附进程中,名义中孔对大分子有机物的吸附施展着重要作用。中孔结构可能有效吸附去除多级A/O出水中难生物降解的残留有机物,特别是大分子结构庞杂的芳香族类跟环烷烃类有机物,因此活性焦滤池可能有效降落体系出水COD浓度。靳昕等将活性焦滤池利用于污水处理厂二级出水,发明可能保障出水COD牢固在50 mg·L−1以内,可见活性焦对生物处理尾水中残留有机物存在良利益理后果,能保障体系出水的保险性,避免对受纳水体生物产生毒害。

  图8 活性焦孔径散布曲线
  3 论断
  1) 对生物吸附-多级A/O-活性焦组合工艺进行参数优化,结果表明,多级A/O段进水流量比、HR
  T、污泥回流比均影响沾染物去除后果,更优进水流量比为
  5:
  3:2,HRT为10.7 h。
  2) 生物吸附-多级A/O-活性焦组合工艺对沾染物存在良好去除才干,牢固运行阶段CO
  D、T
  N、TP均匀去除率为95%、76.5%、80%,出水CO
  D、T
  N、TP均匀浓度为20、8.5、0.25 mg·L−1,实现了出水超低排放。
  污水处理设备通过对各工艺段有机物处理后果跟有机物组分剖析发明,生物吸附段、多级A/O段、活性焦滤池段对有机物的均匀去除率分辨为55%、26%、14%,吸附段能疾速去除粒径较大的不溶性颗粒有机物;多级A/O段利用大局部溶解性有机物进行脱氮除磷,对SCOD去除率为55%,但出水中仍含有局部难生物降解物质;活性焦滤池可能利用活性焦丰富的中孔结构有效吸附去除多级AO出水中难生物降解的芳香类及环烷类有机物,能把持组合工艺出水COD在较低水平,保障受纳水体的保险。

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