羅國榮,孫小斐
(1.中國市政工程西北設(shè)計(jì)研究院有限公司,廣東 東莞 523070;2.東莞市環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì),廣東 東莞 523009)
氣水比對曝氣生物濾池處理微污染水的影響
羅國榮1,孫小斐2
(1.中國市政工程西北設(shè)計(jì)研究院有限公司,廣東 東莞 523070;2.東莞市環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì),廣東 東莞 523009)
以廣州某水廠微污染源水為處理對象,考察了氣水比對曝氣生物濾池去除水中污染物效果的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明:隨著氣水比的增大,濾池水中溶解氧含量逐漸上升,但增加幅度越來越小,在本試驗(yàn)溫度條件下,濾池水中溶解氧飽和溶解度大概在4.5~6.0 mg/L范圍之間;氣水比對氨氮和CODMn去除率影響較大,隨著氣水比的增大,氨氮和CODMn去除率逐漸上升,但去除率增加幅度越來越小;氣水比對亞硝酸鹽氮去除率影響不大,隨著氣水比的增大,亞硝酸鹽氮去除率緩慢升高。本試驗(yàn)?zāi)芙o水廠工藝改造的可行性和有效性提供依據(jù)。
曝氣生物濾池;氣水比;溶解氧;氨氮;亞硝酸鹽氮;CODMn
隨著城市需水量的增長,微污染水源的處理問題日趨突出。然而,傳統(tǒng)的水處理工藝難以有效地去除水中的某些污染物質(zhì)。近年來,微污染原水的生物預(yù)處理技術(shù)是解決飲用水中氨氮和有機(jī)物問題最有效、最經(jīng)濟(jì)的方法之一。生物預(yù)處理工藝不僅能去除60%~90%的原水氨氮,而且對水中有機(jī)物(UV254和CODMn)均有一定的去除效果,對減輕后續(xù)工藝的處理負(fù)荷,保障飲用水安全起著重要作用[1]。氣水比作為曝氣生物濾池一個(gè)重要的工藝參數(shù),對曝氣生物濾池運(yùn)行效果有很大影響。筆者采用曝氣生物濾池中試裝置處理微污染原水,考察了在不同氣水比下曝氣生物濾池對污染物的去除效果,從而能根據(jù)原水特點(diǎn)確定濾池運(yùn)行中的最優(yōu)氣水比,以達(dá)到對污染物的高去除率和節(jié)能減耗的目的,從而給廣州市某水廠凈水工藝進(jìn)一步改造提供依據(jù)。
本中試以廣州市某水廠水源水作為試驗(yàn)用原水,試驗(yàn)期間原水水質(zhì)見表1。
表1 原水水質(zhì)
中試濾池結(jié)構(gòu)簡圖見圖1。
本試驗(yàn)曝氣生物濾池采用普通鋼制作,尺寸為長×寬×高 =1.5m×1.5m ×8.5m,濾層厚度 4 m,濾料粒徑?4~6 mm。
試驗(yàn)采用上向流進(jìn)水,氣水同向,分別進(jìn)行12 m/h濾速和16 m/h濾速試驗(yàn)。濾速為12 m/h時(shí),對應(yīng)水流流量為27 m3/h,則氣水比 0.1、0.3、0.5 對應(yīng)曝氣量為 2.7 m3/h、8.1 m3/h、13.5 m3/h;濾速為 16 m/h 時(shí),對應(yīng)流量為 36 m3/h,氣水比 0.1、0.3、0.5 對應(yīng)曝氣量為 3.6 m3/h、10.8 m3/h、18.0 m3/h。
反沖洗方式為氣水聯(lián)合反沖洗,氣洗5 min,氣沖洗強(qiáng)度為 19.6 L/(m2·s),氣水共洗 20 min,水沖洗強(qiáng)度為 4.7 L/(m2·s)。反沖洗周期為24 h。
圖1 中試濾池結(jié)構(gòu)簡圖
各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)均按國家標(biāo)準(zhǔn)分析方法測定,檢測項(xiàng)目及檢測方法[2]見表 2。
表2 實(shí)驗(yàn)所測指標(biāo)及實(shí)驗(yàn)方法
取2011年9月1日~9月30日試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,分別進(jìn)行了12 m/h濾速和16 m/h濾速試驗(yàn)。9月1日~9月15 日濾速為 12 m/h,15 d 試驗(yàn)氣水比依次為 0.1,0.3,0.5,一種氣水比試驗(yàn)五天,每天取三組水樣檢測;9月16日~9月30日濾速為16 m/h,試驗(yàn)過程與12 m/h濾速的一樣。每一種氣水比取五天試驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均值進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。
不同氣水比下進(jìn)出水溶解氧含量變化見圖2。
圖2 氣水比對溶解氧含量的影響
12 m/h 濾速時(shí),氣水比 0.1、0.3、0.5 對應(yīng)進(jìn)水溶解氧含量平均值為 0.337 mg/L,0.330 mg/L,0.180 mg/L,出水溶解氧含量平均值為 2.843 mg/L,4.467 mg/L,4.867 mg/L;16 m/h 濾速時(shí),氣水比 0.1、0.3、0.5 對應(yīng)進(jìn)水溶解氧含量平均值為 0.107 mg/L,0.100 mg/L,0.083 mg/L,出水溶解氧含量平均值為 2.303 mg/L,4.157 mg/L,4.710 mg/L。
由圖2可以看出,濾速不變,氣水比越大,水中溶解氧絕對增加量越大;而在氣水比相同的情況下,濾速越高,水中溶解氧增加量也越大。然而,由于氧在水中有一定的飽和度,因此水中溶解氧是有限度的,低溫時(shí)飽和溶解度大,溫度高時(shí)飽和溶解度小。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[3],在2℃ ~4℃的水溫條件下,生物濾池水中溶解氧可達(dá)11~12.1 mg/L;8℃ ~10℃時(shí),可達(dá) 10 ~11.5 mg/L;12℃ ~16℃時(shí),可達(dá) 8.5 ~10.0 mg/L。本試驗(yàn)試驗(yàn)期間平均水溫在28℃左右,由此可推斷本試驗(yàn)曝氣生物濾池水中溶解氧飽和溶解度大概在4.5~6.0 mg/L范圍之間,試驗(yàn)檢測結(jié)果與此相符。以16 m/h為例,氣水比0.1、0.3、0.5 對應(yīng)水中溶解氧絕對增加量為 2.196 mg/L,4.057 mg/L,4.627 mg/L,絕對增加量差值分別為 1.861 和0.570。由此可見,隨著氣水比增大,水中溶解氧含量越來越大,但增加幅度則越來越小,溶解氧趨于飽和。
不同氣水比下曝氣生物濾池對氨氮的去除效果見圖3。
圖3 氣水比對氨氮去除效果的影響
12 m/h 濾速時(shí),氣水比 0.1、0.3、0.5 對應(yīng)進(jìn)水氨氮含量平均值為 0.667 mg/L,0.837 mg/L,1.430 mg/L,出水氨氮含量平均值為 0.210 mg/L,0.217 mg/L,0.363 mg/L;16 m/h濾速時(shí),氣水比 0.1、0.3、0.5對應(yīng)進(jìn)水氨氮含量平均值為1.127 mg/L,1.410 mg/L,1.467 mg/L,出水氨氮含量平均值為 0.483 mg/L,0.393 mg/L,0.377 mg/L。
由圖3可以看出,氣水比對氨氮去除率的影響較大,隨著氣水比的增大,氨氮去除率也逐步升高。12 m/h濾速時(shí),氣水比0.1、0.3、0.5 對應(yīng)氨氮絕對去除量和去除率分別為0.457 mg/L、0.620mg/L、1.067mg/L 和 68.52%、74.07% 、74.62%;16 m/h 濾速時(shí),氣水比 0.1、0.3、0.5 對應(yīng)氨氮絕對去除量和去除率分別為0.644 mg/L、1.017 mg/L、1.090 mg/L 和 57.14% 、72.13% 、74.30% 。
增大氣水比主要在三方面有助于濾池生化作用的進(jìn)行:①提高了水中溶解氧的質(zhì)量濃度,也就增大了氧在生物膜內(nèi)的傳遞和滲透速率,從而加速生物氧化的進(jìn)程;②增大了混合液的湍動(dòng)程度,使生物膜表面的基質(zhì)更新加快,促進(jìn)了基質(zhì)的傳遞,提高了基質(zhì)的降解速率;③加強(qiáng)了空氣的鼓泡作用,加大對填料表面的生物膜沖刷作用,促使生物膜加速剝落更新,提高了生物膜的活性。所以,隨著氣水比的增大,氨氮去除率也越來越高;但去除率增加幅度越來越小,主要原因是水中溶解氧含量接近飽和。而氣水比不變,濾速從12 m/h增大到16 m/h,曝氣強(qiáng)度同樣得到加大,但由于進(jìn)行16 m/h濾速試驗(yàn)時(shí),原水氨氮含量比12 m/h濾速時(shí)高得多,所以氣水比相同的情況下,16 m/h濾速的氨氮去除率比12 m/h濾速的低,但從對氨氮的絕對去除量相比,16 m/h濾速的明顯優(yōu)于12 m/h濾速的。
不同氣水比下曝氣生物濾池對亞硝酸鹽氮的去除效果見圖4。
圖4 氣水比對亞硝酸鹽氮去除效果的影響
12 m/h 濾速時(shí),氣水比 0.1、0.3、0.5 對應(yīng)進(jìn)水亞硝酸鹽氮含量平均值為 0.152 mg/L,0.216 mg/L,0.282 mg/L,出水亞硝酸鹽氮含量平均值為 0.011 mg/L,0.013 mg/L,0.015 mg/L;16 m/h 濾速時(shí),氣水比 0.1、0.3、0.5 對應(yīng)進(jìn)水亞硝酸鹽氮含量平均值為 0.203 mg/L,0.215 mg/L,0.217 mg/L,出水亞硝酸鹽氮含量平均值為 0.023 mg/L,0.023 mg/L,0.021 mg/L。
由圖4可以看出,氣水比對亞硝酸鹽氮去除率的影響不大,隨著氣水比的增大,亞硝酸鹽氮去除率緩慢上升。12 m/h濾速時(shí),氣水比 0.1、0.3、0.5 對應(yīng)亞硝酸鹽氮的絕對去除量和去除率分別為 0.141 mg/L、0.203 mg/L、0.267 mg/L 和92.76%、93.98%、94.68%;16 m/h 濾速時(shí),氣水比 0.1、0.3、0.5對應(yīng)亞硝酸鹽氮的去除量和去除率分別為 0.180 mg/L、0.192 mg/L、0.196 mg/L 和 88.67%、89.30%、90.32%。然而,濾速從12 m/h上升到16 m/h,則停留接觸時(shí)間縮短,所以本試驗(yàn)亞硝酸鹽氮去除率在16 m/h濾速時(shí)要比12 m/h濾速時(shí)稍低。
不同氣水比下曝氣生物濾池對CODMn的去除效果見圖5。
12 m/h 濾速時(shí),氣水比 0.1、0.3、0.5 對應(yīng)進(jìn)水 CODMn含量平均值為 2.303 mg/L,2.760 mg/L,3.703 mg/L,出水 CODMn含量平均值為 2.033 mg/L,2.180 mg/L,2.790 mg/L;16 m/h 濾速時(shí),氣水比 0.1、0.3、0.5 對應(yīng)進(jìn)水 CODMn含量平均值為 3.180 mg/L,2.837 mg/L,2.910 mg/L,出水 CODMn含量平均值為2.377 mg/L,2.187 mg/L,2.413 mg/L。
圖5 氣水比對CODMn去除效果的影響
由圖5可以看出,氣水比對CODMn去除率的影響較大,隨著氣水比的增大,CODMn去除率逐步上升。12 m/h濾速時(shí),氣水比 0.1、0.3、0.5 對應(yīng) CODMn的絕對去除量和去除率分別為 0.270 mg/L、0.580 mg/L、0.913 mg/L 和 11.72%、21.01% 、24.66%;16 m/h 濾速時(shí),氣水比 0.1、0.3、0.5 對應(yīng)CODMn的絕對去除量和去除率分別為0.497 mg/L、0.650 mg/L、0.803 mg/L 和 17.08% 、22.91% 、25.25% 。
在同時(shí)發(fā)生硝化反應(yīng)和異氧菌降解CODMn的過程中,在氧的利用上,硝化菌和異氧菌存在相互競爭關(guān)系[4]。低氣水比時(shí),水中溶解氧含量較低,溶解氧同時(shí)供應(yīng)給硝化菌硝化氨氮和異氧菌降解CODMn,所以相應(yīng)CODMn去除率較低;隨著氣水比的增大,水中溶解氧含量充足,CODMn去除率也隨之升高。但隨著氣水比的升高,水中溶解氧逐漸達(dá)到飽和,CODMn去除率升高幅度也逐漸變小。
1)隨著氣水比的增大,曝氣生物濾池池中水體溶解氧含量逐漸升高。但由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可得,氣水比不能太大,因?yàn)檠踉跒V池水中的溶解度有限,隨著氣水比的增大,水中溶解氧增加幅度會(huì)越來越小,過大的曝氣量并不能持續(xù)提高溶解氧的質(zhì)量濃度,浪費(fèi)能源。另外曝氣量過大,加劇了對生物膜的沖刷,不利于污染物的截留和微生物的增殖。
2)氣水比對氨氮去除率影響較大,隨著氣水比的增大,氨氮去除率也逐漸增大,但隨著氣水比增大至水中溶解氧接近飽和時(shí),氨氮去除率增加幅度越來越小;而氣水比對亞硝酸鹽氮去除率影響不大,隨著氣水比的增大,亞硝酸鹽氮去除率緩慢增大。
3)氣水比對CODMn去除率影響較大,隨著氣水比增大,CODMn去除率逐漸增大,但與氨氮一樣,氣水比并不是越大越好,隨著氣水比的增大,CODMn去除率增加幅度也越來越小。
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TU991.2
B
1004-1184(2012)03-0110-02
2012-03-15
羅國榮(1983-),男,廣東東莞人,助理工程師,主要從事給排水設(shè)計(jì)。