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        生物炭泥-超濾組合工藝處理高有機物、氨氮復(fù)合污染水源

        2021-12-15 03:27:26雷曉玲楊瀟楊程魏澤軍顏海
        應(yīng)用化工 2021年11期
        關(guān)鍵詞:原水水廠飲用水

        雷曉玲,楊瀟,楊程,魏澤軍,顏海

        (1.重慶市科學(xué)技術(shù)研究院,重慶 401123;2.重慶交通大學(xué) 河海學(xué)院,重慶 400074;3.中煤科工重慶設(shè)計研究院(集團)有限公司,重慶 401332;4.中機中聯(lián)工程有限公司,重慶 400000)

        受降雨時空分布特征的影響,重慶地區(qū)飲用水資源存在分布不平衡的現(xiàn)象,特別是一些村鎮(zhèn)在水資源匱乏的同時,水處理工藝也相對簡易,因此村鎮(zhèn)飲用水合格率相對偏低。特別是重慶渝西地區(qū)一些村鎮(zhèn)飲用水水源受到周邊環(huán)境及人類活動的影響,有機物、氨氮污染問題較為突出。常規(guī)飲用水的處理工藝對于水中溶解性的有機物、氨氮的去除能力有限。因此高有機物、氨氮污染的水源對水廠常規(guī)處理工藝提出了很大的挑戰(zhàn)[1-3 ]。本文旨在通過在水廠原有的工藝基礎(chǔ)上增加活性炭[4]投加,同時對炭泥回流和生物培養(yǎng)富集,后端聯(lián)合超濾處理的方式,最終形成生物炭泥-超濾組合工藝來提高有機物、氨氮等污染物的去除率[5-8],來達到改善水廠的目的,為類型水源條件提供技術(shù)參考。

        1 試驗設(shè)計與方法

        1.1 進水水質(zhì)

        本中試以重慶某水廠高有機物、氨氮復(fù)合污染水為原水,水質(zhì)情況見表1。

        表1 原水水質(zhì)Table 1 The raw water quality

        1.2 試驗裝置

        試驗裝置主要由機械絮凝池、斜管沉淀池、生物培養(yǎng)罐、超濾膜池、清水池和曝氣系統(tǒng)組成。處理水量為0.2 m3/h,污泥回流比為3%。具體試驗裝置見圖1。

        圖1 試驗裝置結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure chart of test device

        試驗采用立升公司的聚偏氟乙烯中空纖維膜,膜的有效面積為1.9 m2,膜纖維內(nèi)、外徑分別為 0.85,1.45 mm,平均孔徑為0.02 μm,反洗周期為24 h。

        1.3 試驗方法

        1.3.1 生物培養(yǎng)富集 絮凝劑為聚合氯化鋁,投加量為20 mg/L,活性炭投加量為20 mg/L,系統(tǒng)運行正常后,將沉淀池污泥提升至生物培養(yǎng)罐,進行24 h不間斷的曝氣,曝氣量為30 L/min,每天更換生物培養(yǎng)罐原水,更換前取樣檢測,每2天取污泥測定生物量,培養(yǎng)期間溫度23 ℃左右。

        1.3.2 活性炭補充及效果試驗 生物富集完成后,在進水流量保持在0.2 m3/h,回流比約3%的條件下分別補充0,10,20,30 mg/L粉末炭與回流污泥混合后,再提升至經(jīng)絮凝池入水口,與聚合氯化鋁協(xié)同反應(yīng)。分別取沉淀池出水和組合工藝超濾出水。

        1.4 檢測指標(biāo)及方法

        水樣指標(biāo)測定高錳酸鉀指數(shù)(CODMn)和氨氮,污泥樣品測定生物量。其中CODMn:酸性高錳酸鉀法;氨氮:納氏試劑分光光度法;生物量:脂磷法[9],結(jié)果用nmol/g表示。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 生物培養(yǎng)與富集

        2.1.1 富集期的生物量變化 生物培養(yǎng)與富集期間,炭泥生物量變化見圖2。

        圖2 富集期生物量隨時間的變化Fig.2 Varying curve of biomass with time

        由圖2可知,隨培養(yǎng)時間增加炭泥生物量不斷增加,培養(yǎng)8~10 d,生物量逐漸趨于穩(wěn)定,第10天生物培養(yǎng)罐中炭泥生物量達到了90 nmol P/g左右。視為生物培養(yǎng)與富集期成功,進行下階段試驗。

        2.1.2 富集期對CODMn、氨氮去除效果 生物培養(yǎng)富集期對CODMn和氨氮的去除可能有活性炭和污泥絮體的吸附,但主要還是微生物作用。生物培養(yǎng)富集期間,生物培養(yǎng)罐中CODMn的去除變化情況見圖3。

        圖3 CODMn的去除效能 Fig.3 The removal efficiency of CODMn

        由圖3可知,培養(yǎng)期間原水CODMn在6.8~8 mg/L 之間,CODMn的平均值為7.1 mg/L。試驗在開始階段,炭泥對水中有機物的去除,主要依靠炭泥的物理吸附作用。隨著炭泥的不斷曝氣,生物培養(yǎng)罐中的炭泥生物量增加,微生物和水中污染物之間的生化作用也越發(fā)明顯。裝置在運行到10 d以后,培養(yǎng)罐對CODMn的去除率穩(wěn)定到了40%以上,與生物量的變化呈現(xiàn)顯著正相關(guān)性,表明有機物的去除主要貢獻還是微生物作用。

        培養(yǎng)富集期間,對氨氮的去除見圖4。

        圖4 氨氮的去除效能Fig.4 The removal efficiency of NH3-N

        由圖4可知,試驗期間原水氨氮在0.38~1.3 mg/L 之間,氨氮平均值為0.8 mg/L。培養(yǎng)富集前期對氨氮去除率約28%,培養(yǎng)前期氨氮的去除與有機物去除類似,主要依靠活性炭及絮體吸附,隨著反應(yīng)的進行,系統(tǒng)內(nèi)的生物量增加,硝化細菌逐漸富集并開始發(fā)揮作用, 到第10天生物量穩(wěn)定后,氨氮去除率從27%逐漸上升并穩(wěn)定到了42%左右。

        2.2 活性炭補充對炭泥回流工藝效果的影響

        2.2.1 活性炭補充對生物量影響 系統(tǒng)穩(wěn)定運行后,活性炭補充量分別為0(即僅回流排泥水),10,20,30 mg/L,以考察活性炭補充對生物量及效果的影響,對生物量影響見圖5。

        圖5 生物量隨補充炭量的變化Fig.5 Effect of biochar on CODMn removal efficiencyof Mn and ammonia nitrogen

        由圖5可知,生物量隨著補充炭量的增加而增加,表明補充活性炭有利于炭泥中微生物的增長,且當(dāng)粉末炭補充量為30 mg/L時,穩(wěn)定后生物量可達 115 nmol P/g,比不投加活性炭生物量高近3倍,可見適當(dāng)?shù)幕钚蕴垦a充對生物量具有重要影響。

        2.2.2 補充炭量對CODMn、氨氮的影響 試驗在粉末活性炭補充量為0,10,20,30 mg/L的情況下,CODMn、氨氮去除情況見圖6、圖7。

        圖6 CODMn的去除效能Fig.6 The removal efficiency of CODMn

        圖7 氨氮的去除效能Fig.7 The removal efficiency of NH3-N

        由圖可知,當(dāng)補充活性炭量為0 mg/L時,裝置穩(wěn)定運行后對CODMn、氨氮的去除率分別為25%和24%。當(dāng)補充炭量增長到30 mg/L時,去除率分別提高到了45%和47%,表明隨著活性炭補充量的增加,一方面生物量隨之增加,污染物去除的生物作用越明顯;另一方面,補充的活性炭量的增加對污染物的吸附量也增加,因此有機物、氨氮的去除效果也提高。

        2.3 生物炭泥-超濾組合工藝的去除效能

        綜合考慮去除效果及活性炭投加量后,以活性炭補充量為20 mg/L,在生物炭泥-超濾組合工藝在運行穩(wěn)定后,對10次取樣CODMn、氨氮結(jié)果進行分析,結(jié)果見圖8、圖9。

        圖9 中試裝置對原水氨氮的去除效能Fig.9 The removal effect on NH3-N of pilot plant

        由圖8可知,原水的CODMn的值在6.1~7.3 mg/L 之間,平均值為6.77 mg/L;組合工藝濾后水出水CODMn的值在2.7~3.4 mg/L之間,濾后水CODMn平均值為2.9 mg/L,濾后水平均去除率為56%。比裝置的沉淀后出水平均去除率(42%)提高了14%;比水廠常規(guī)處理工藝CODMn去除率 29.1%,提高了26.9%。并且10次濾后出水CODMn皆在 5 mg/L 以下,均達到(GB 5749—2006)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的要求。

        圖8 中試裝置對原水CODMn的去除效能Fig.8 The removal effect on CODMn of pilot plant

        由圖9可知,原水的氨氮值在0.63~1.1 mg/L之間,平均值為0.78 mg/L;濾后水氨氮值在0.34~0.46 mg/L之間,平均值為0.4 mg/L。中試裝置濾后水氨氮去除率在53%~62%之間,去除率平均值為60%。比水廠常規(guī)氨氮去除率22%,高出了38%。并且10次濾后出水氨氮皆在0.5 mg/L以下。值均可達到(GB 5749—2006)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的要求。

        3 結(jié)論

        (1)連續(xù)曝氣好氧條件下,溫度約23 ℃,生物培養(yǎng)富集10 d左右生物量達到穩(wěn)定,炭泥生物量達到90 nmol P/g,培養(yǎng)罐CODMn和氨氮去除率分別達到40%和42%。

        (2)粉末活性炭補充量為20 mg/L,進水量為0.2 m3/h,污泥回流比3%的條件下穩(wěn)定運行后,組合工藝對CODMn和氨氮的平均去除率分別達到56%和60%,比水廠常規(guī)處理對CODMn和氨氮平均去除率29.1%和22%,分別提高了26.9%和38%,組合工藝出水均滿足(GB 5749—2006)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的要求。

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