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加压富氧生物活性炭在碱减量印染废水深度处理中的应用研究
作者:管理员    发布于:2016-10-29 08:51:49    文字:【】【】【

  生物活性炭法在废水深度处理中使用广泛,处理效果好,技术成熟。为防止活性炭很快饱和,需在活性炭前使用混凝-沉淀或臭氧氧化等保护措施,形成混凝-生物活性炭,或臭氧生物活性炭联用技术。

  但混凝会降低废水的可生化性,并产生污泥形成二次污染;而臭氧技术不仅费用高,且运行管理复杂,故开发有效、经济的生物活性炭技术一直是研究的重点⑴。

  本研究采用加压富氧生物活性炭技术(通过增加反应器压力,大大提高反应器内溶解氧的浓度,强化生物降解作用),对模拟的碱减量印染废水二级生化处理出水进行深度处理,达到较好的处理效果,一些常见污染指标达到生活杂用水水质标准。

  1试验概况1.1试验水质试验用水为模拟碱减量印染废水经厌氧-好氧-沉淀后出水。表1为模拟碱减量印染废水成分及浓表1横拟碱减量印染废水组分分散染料;此外废水中还加入少量助剂和微生物生长所必须的Ca,Fe等微量元素。

  表2模拟废水及二级生化处理后出水水质50度,表2为该废水基本水质及经二级生化处理后的出水水质。生化处理系统中停留时间厌氧段12h,好氧段6h,沉淀池2.5h,出水基本稳定。

  1.2试验工艺流程试验装置见。加压富氧生物活性炭反应器为钢制溶气罐,高1.3m,内径80mm,内装粒径为3mmX5mm的柱状活性炭,装填高度1m.进水采-PVP4型计量泵定量加入反应器,计量泵出口大压力尸=0.1MPa,实测大流量10L/h.由一台A6012型空压机提供压力,供气量98L/min,出口压力0.7MPa.另有反冲气泵和水泵。

  1.3活性炭吸附阶段试验从2003年3月29日开始对活性炭接种挂膜。称量3.5kg活性炭,装入生物活性炭培养柱中。培养柱高2m,内径80mm,底端设有曝气头,通过气泵向炭柱内曝气。水温14211C,进水流量3L/h,原水为模拟碱减董印染废水经二级生化处理后出水。在水中加入少量的活性污泥(取自好氧池填料)和营养物质,由恒流泵以上向流进水方式进水,并测定进出水中COD,NH3-N.在开始三天内,COD及NH3-N去除率低,进出水的pH差别小,说明该阶段生物活性较弱。经五天运行,培养柱-N去除率开始升高,说明微生物活性强,进水中不再加污泥。继续运行十天后,NH3 -N的去除率已达到50 ,COD去除率也达到35 ,说明活性炭进入生物活性炭阶段,挂膜基本完成。将培养柱中的活性炭转移到压力柱中,开始加压运行,每天运行约14h,并对各污染指标进行测定。COD,NH3 -N按水和废水监测分析方法测定;DO采用德产Oxi- 330型溶氧仪;浊度采用散射光光度计;pH采用pH计;UV254采用752紫外可见分光光度计;色度采用德产UNIC07200可见分光光度计。

  2影响污染物去除效果的因素2.1水力负荷在压力0.45MPa,D07.5~8.3mg/L,水温1418t:,pH7.1~8时,研究水力负荷对COD和NH3-N去除的影响。试验设置了5组不同的流量。每一组流量下反应器稳定运行6d,测定的污染物指标取平均值,试验结果见和。

  原因在于:虽然COD去除率随水力负荷增大而降低,但在一定水力负荷范围内,它的去除率降低的程度很小,而其去除量却随流量的增大而增大,所以去除负荷率逐渐增大;当水力负荷超过一定范围时,有机负荷超出了反应器的去除能力,反应器的处理效果开始变差,COD去除率降低的程度很大,且COD去除量也开始减小,从而使得去除负荷率降低。可以看出对于COD去除效果而言,反应器较合理的水力负荷为0.6m3/(m2h)左右。

  由可知,随着水力负荷的增大,水力停留时间缩短,NH3 -N去除率降低很小,但去除负荷率有了很大的提高,说明对于该废水,水力负荷在0.3~0.7mV(m2h)范围内,对NH3 -N的去除效果没有太大的影响,其原因在于:在溶解氧浓度较高的情况下,活性炭上硝化细菌的硝化能力很强,硝化速度会很快,且世代时间较长,一旦形成稳定的硝化状态后,进入活性炭柱的NH3-N在较短的时间内即能被硝化细菌吸收、分解和氧化。而且对于NH3 -N的去除效果,加压富氧生物活性炭装置不会像一般BAC―样易受到溶解氧低的影响,在一定浓度范围内(小于110mg/L)不会出现去除率低,氧化不彻底,出水中亚硝酸盐氮浓度升高等缺点。

  2.2压力(表压)口17.1~8工况下,研究压力对(:00和13-1去除的影响。试验设置了5组不同的压力。每一组压力下,反应器稳定运行6山测定的溶解氧浓度和污染物指标取平均值,结果见和。

  从可知,随着压力的升高,反应器内的溶解氧浓度增高,COD的去除率有较大幅度的升高。究其原因是压力升高后,增大了氧在废水中的饱和度,压力/MPa压力对NH3 -N去除的影响从而增大了氧的转移速率,提高了好氧微生物的活性和数量。对于降解速率受生物动力学控制的难生物降解有机物,大量活性好氧微生物的存在,将加速其降解速度,也就提高了去除率。则表明了随着压力的升高,溶解氧浓度升高后,NH3 -N的去除效果也明显增强。当压力超过0.4MPa时,COD和NH3-N去除率的增长幅度都变缓慢。

  通过以上试验,从对污染物去除效果,处理水量及处理能耗等多方面考虑,得到该反应器的佳运行参数为水力负荷0.6m3/(m2h),压力0.4MPa. 2.3加压富氧生物活性炭-N,色度等指标进行监测,各指标去除率见,出水水质见表3. 45587-7.50.8-216~2469712从可知,系统稳定阶段COD的去除率平均为60,NH3-N的去除率平均为97,UV254去除率平均为4070,色度的去除率基本为50 80.出水各项指标稳定在COD 40mg/L左右,NH3―N<2mg/L,色度吸光度(610nm)<0.020cnT1,小于24倍。可见,通过在反应器加压,溶解氧升高后,各污染物的去除率均维持在一个较高水平上。处理后的各项指标均已达到生活杂用水水质标准。当然,碱减量印染废水深度处理后回用于生活杂用水,还需要进一步的处理和监测。

  3活性炭柱的反冲洗在生物活性炭运行中,由于对进水中的有机物降解使炭粒上生物膜加厚、老化、自行脱落和对悬浮物的截留减少填料空隙率,使得生物活性炭的生物降解和吸附作用受到影响,以致出水水质变差。在这种情况出现之前,生物活性炭应停止运行进行反冲洗。本试验通过监测进出水色度和UV254及其去除率的变化来确定是否需要进行反冲洗(uv254和色度的去除主要靠吸附,效果较好且稳定)。当出水中的色度或uv254去除率有异常降低并持续时,炭柱就需要进行反冲洗。通过几个月的运行监测,我们确定炭柱的反冲洗周期为26d左右。

  采用气水联合反冲洗方式。其反冲洗顺序为:先单独气反冲洗,再气水联合反冲洗,后用水冲洗。炭柱的反冲洗强度和时间的长短受活性炭(粒径、级配)、水质参数等因素的影响,所以冲洗强度和时闾的数据需要在运行中进行摸索。

  通过试验,为了保证反冲洗质量,降低能耗,确定反冲洗参数。气反冲:反冲强度8L/(sm2),2min;气水混冲:气强度5从效果看,这样的反冲洗结构合理,反应器生化恢复时间一般为1~2d. 4活性炭再生周期的预测根据小型快速试验柱(RSSCT)的设计原理,小炭柱的制作参数为:炭柱内径16.5 mm,炭粒粒径0.5 mm,装填高度20 cm,进水流量10.7 mL/min,活性炭密度为0.45g/cm3,装填质量约19g,用同样的废水进行模拟大反应器的吸附性能。从试验结果可知,RSSCT处理废水量达到4L/g活性炭时,对色度的吸附首先失效,处理废水量达到4.7 L/g活性炭时,对UV254的吸附失效,而对于COD,活性炭仅有15~20的去除率,可见对于COD的去除,主要还是靠生物降解。根据大炭柱的活性炭质量(35kg)和进水量(3L/h,每天运行14h)计算活性炭再生周期,可得结论:仅从吸附角度考虑,加压富氧生物活性炭运行250d左右时,对色度的吸附首先失效,需再生。

  在实际运行中,由于活性炭的生物再生作用,其再生周期会比预测时间要长得多,这已经在很多研究和实践中得到证明。对于加压富氧生物活性炭而言,由于生物降解作用的加强,相应的生物再生的作用也会增强,预测加压富氧生物活性炭的再生周期要比一般生物活性炭会更长。

  5结论由于压力提高,溶解氧浓度升高,加压富氧生物活性炭对可生化性差的碱减量印染废水二级生化处理出水中COD,NH3 -N,色度,UV254等污染物去除率均较高,而且废水中多种污染物经处理后达到生活杂用水水质标准。

  在一般生物活性炭法中,由于溶解氧较低,对NH3-N浓度较高的废水会出现NH3-N去除率低,氧化不彻底,出水亚硝酸盐氮浓度高等缺点。

  而加压富氧生物活性炭从根本上解决了这一问题,对NH3 -N浓度较高的废水也有较好的去除效果。

  荷为0.6m3/(m2h)时为佳的运行条件。

  反冲周期为26d左右,采用气水联合反冲方式,效果良好,生化恢复期为1~2d.由于生物活性的增强,生物对活性炭的再生作用也得到加强,预测加压富氧生物活性炭的再生周期会比一般生物活性炭更长。

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