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臭氧-生物活性炭工艺处理有机微污染原水
作者:管理员    发布于:2016-10-09 10:20:45    文字:【】【】【

  我国多数饮用水水源普遍受到有机污染物的污染,成为微污染原水,使用常规的水处理工艺不易有效地去除,针对大连市旅顺口区浅层地下水有机污染状况,有关部门设计、安装了一套臭氧-生物活性炭工艺装置,河北填料来深度处理浅层地下有机微污染水作为饮用水。本次中试就是为了配合此项工程,在:1.2中试试验设备的规格及工艺参数如下:1)臭氧接触塔:PVC管内径为97mm,高1930mm.接触塔分为两部分:部分为空塔,气水直接接触部分;第二部分为填料层,填料为不锈钢缠绕而成的丝环,直径为4mm,长度为810mm,目的是使臭氧气体与水充分接触,加大接触表面积,提高气水接触效率和时间,使臭氧充分分解水中的大分子有机污染物。水从原水槽中通过泵从塔的下端注人,同时,臭氧在空气压缩泵的作用下,也从塔的下端进入,气、水透过微孔布水板后,先在空塔中接触,然后进入填料层,更充分地接触后,尾气由柱顶排出。水在臭氧接触塔中的流速为5.410.8m/h,空塔臭氧化接触时间为10.加量控制在1.5.00mg/L,填料层高为500mm,臭氧在填料层接触时间为2.85.臭氧发生系统:采用S-6F型臭氧发生器,可调电压为46V,臭氧产量为40410mg/h.臭氧产量可以通过调节直流电压来控制。臭氧通过空气压缩泵随压缩空气带人臭氧接触塔中。根据直流电流值,通过臭氧产量曲线计算臭氧进气量。臭氧浓度用碘量法测定。

  生物活性炭接触塔:PVC管内径为124mm,装填炭层高度为5901700mm,根据试验过程测定的CODM来改变炭层篼度,为了保持系统稳定性,取出炭样后,补充同样多的新炭,炭柱上设有取样口和填料口,活性炭上、下端铺设垫层,以免炭屑泄漏。

  活性炭塔采用下向流,水经臭氧化后,由水泵抽水,从活性炭塔上端进人,下端出水。活性炭粒径为4mm,长为4~6mm,空塔流速为3. 2中试结果与讨论2.1生物膜的形成与有机物的去除2.1.1生物膜的形成中试工艺流程中去除CODM处理效果如表1所示:表1中试时间和CODMn变化(臭氧加入量为180mg/h,水流量为60L/h)时间(天)生物活性炭出水CODmti值(mg/L)CODmu去除率中试从2月到6月,试验初期,人工配置的原水水温较低,无细菌生长,不易在活性炭上形成生物膜,但是,在试验之前,对优势工程菌种进行筛选、驯化,然后人工投加到活性炭上,对活性炭进行固定化,由于其有很高的活性和选择性,能较快地适应环境,试验开始后,在较短的时间内,固定化后的活性炭就能同时进行物理吸附和生物降解作用,进人生物活性炭的稳定期。从表1中可以看出,生物膜形成稳定需要40天左右,在60天之后,保持终稳定。

  1.2生物活性炭上的生物量与有机物的去除从表1可以看出,活性炭出水CODM随进水CODM变化而变化。运行初期CODM去除率较高,之后一段时间内CODM去除率波动较大;而在中试60天之后,活性炭出水(:00较为稳定,约2. 5mg/L左右。终,CODM去除率保持在5775左右。

  这种现象主要是由于炭柱的物理吸附和生物降解共同作用所致,开始时,由于活性炭对有机物吸附速率较快,而炭上生物量较少,因而活性炭的物理吸附对有机物去除起主要作用,CODM除率篼,经过一段时间后,随着活性炭上吸附的有机物累积量增多,吸附速率开始下降,致使出水30时,生物降解对有机物去除起主要作用,出水CODM值才可以比较稳定,在试验第48天时,测定活性炭上细菌总量为8xl4CFU/g炭(平板菌落计数法),少于l5CFU/g炭,出水(:00咖值有较大的波动。在试验73天时,测定的炭上的细菌总量为1.21xiCFU/g炭,而表1中对应的活性炭出水CODMnS2.10mg/L,小于2.50mg/L,与有关报导的当细菌总量在16l7CFU/g炭时,生物膜达到稳定期,出水CODM值基本保持稳定相符合。说明只有活性炭上微生物总量达到16CFU/g炭时,生物活性炭才能达到稳定期,出水CODM才能达标。

  2.1.3总炭层篼度不变时,不同炭层高度细菌总量的变化在中试73天,生物活性炭处于稳定期。此时炭层篼度为1700mm,臭氧投加量为3.OOmg/L,水流量为60L/h,在距离炭层底部高为300mm和1650mm处取样,分析、测定细菌总量,臭氧化后水从活性炭塔的上端进人,从下端出水,在距离炭层底部高为1650mm处,炭上细菌总量为4. 15CFU/g炭,说明上端炭层上的细菌等微生物适应此时的臭氧投加环境,能够存活,总量也比较多;而在距离炭层底部篼为300mm处,炭上细菌总量为1.21Xl6CFU/g炭,达到生物降解有机物的要求数量,生物活性炭出水CODM为2.10mg/L,小于2.50mg/L.说明了中试中人工筛选、驯化的细菌是优势工程菌种,能够适应中试投加臭氧的环境,在活性炭上生成稳定的生物膜,降解有机物。同时,该菌种也可以作为优势菌种用于水厂的运行操作中。

  2.2炭层篼度与有机物的去除当水流量不变的条件下,不同炭层高度时,有机物的去除状况如表2所示:表2不同炭层高度CODM变化(以下CODM均为平均值)炭层高度(mm)原水生物活性炭出水去除率水流量为60L/h从表2中看出,随着炭层篼度的增加,生物活性炭对CODM去除率明显增大;但从活性炭出水CODM的值来看,炭层篼度在<1100mm时,出水CODM值较高,而当炭层高度为1700mm时,生物活性炭出水30的值平均为2.31mg/L,低于2.50mg/L.充分说明了活性炭炭层篼度在深度净化处理中作用。

  2.3臭氧加人量、流速与有机物的去除2.3.1臭氧加人量与有机物的去除臭氧加人量是臭氧-生物活性炭工艺的重要参数。臭氧氧化能使水中难以生物降解的大分子有机物转化成能被生物降解的有机物,更利于生物活性炭的吸附和生物降解;同时,臭氧氧化后生成的氧气又为活性炭上的好氧型异养菌提供营养源,创造好氧型异养菌的生长环境,加快有机物的生物降解,延长活性炭的使用寿命。

  表3不同臭氧加入量与CODM的变化臭氧加入量(mg/L)原水臭氧化出水去除率生物活性炭出水去除率从表3可以看出,臭氧化出水030去除率分别为15.2、18.4、21.4,随着臭氧加人量的增加而升高;同时生物活性炭出水CODM去除率也随着臭氧加入量的增加而升高。但是,从生物活性炭出水CODM值来看,当臭氧加人量为2.25mg/L,臭氧化出水CODM去除率只有15. 2,生物活性炭出水CODMS3.12mg/L,大于2.50mg/L,说明臭氧投量过低,达不到臭氧氧化的处理效果;当臭氧加人量>3.OOmg/L,臭氧化出水CODM去除率>18.4,生物活性炭出水(:00<2.311/1,低于2.50mg/L,满足工艺设计要求。而当臭氧加人量为4.50mg/L,虽然臭氧化出水<:00去除率篼,生物活性炭出水CODM远低于标准值2.50mg/L,但是增加大量的电耗。如果按1820kWh/kg3计算,将水的产量提高到lOOmVh,臭氧加人量多耗能2.73.OkWh,这必然会增加设备投资成本和设备运行费用。因此,在生物活性炭出水达标的基础上,中试选择臭氧加人量为3.00mg/L较优。

  中试中单纯使用臭氧氧化。因为臭氧的氧化作用有选择性,所以耗费臭氧量大(约3.00mg/L),因此耗能增多。如果在工程设计时,选择合适的催化剂,活化臭氧,产生大量非选择性的强氧化剂-羟基自由基,可使许多有机物彻底降解,反应速度更快,减少臭氧的投加量(投量在2.003.OOmg/L之间),从而降低设备投资成本和运行费用。

  2.3.2不同滤速下,有机物的去除活性炭适宜的吸附时间(即适宜的滤速)是臭氧生物活性炭工艺设计的优先控制参数。当活性炭炭层篼度和臭氧加入量不变时,选择适宜的活性炭吸附时间,即选择适宜的滤速(或流量)是工艺的关键。

  从表4中可以看出,流量为40L/h,滤速为3. 3m/h,吸附时间为30. 9min时,CODMll去除率为63.4,去除率篼。说明在炭层高度和臭氧加人量不变时,流量越小、滤速越小,吸附时间越长,去除率越高。同时也说明其他条件不变时,生物活性炭的处理效果只与吸附时间(即滤速)有关。但从生物活性炭出水CODM的值来看,当滤速<5. 50mg/L,因此选择比较适宜的滤速为5.Om/h.表4不同滤速CODM变化流量滤速吸附时间(min)原水生物活性炭出水去除率臭氧加人量为180mg/h,炭层篼度为1700mm 3结论1原水水温较低时,活性炭上生物膜形成时间较长,而筛选、驯化能够适应投加臭氧环境的优势菌种,采用人工投加的方式对活性炭进行固定化,则可以缩短生物膜的形成时间和生物活性炭的稳定期。3.2活性炭上的微生物总量达到106107CFU/g炭时,生物活性炭才能达到稳定期。

  3.3在中试原水的条件下,水流量为60L/h时,炭层篼度>1700mm,生物活性炭出水CODM低于2.5mg/L.而炭层高度不变时,水在生物活性炭中的滤速50mg/L;同时,当臭氧投加量为3.00mg/L时,可充分发挥臭氧-生物活性炭去除有机物的潜力,系统运行经济核算更合理,出水CODM也达到标准。

  3.4以中试中的佳工艺参数值为基础,进行放大,可以指导臭氧-生物活性炭工艺深度处理微污染源水的水厂设计和运行操作参数的调整。

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