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上流式曝气生物活性炭滤池用于给水深度处理的启动
作者:管理员    发布于:2017-11-14 09:03:50    文字:【】【】【

  基金项目:国家水体污染控制与治理科技重大专项(2009ZX07423-003)―),男,硕士研究生,研究方向为水污染控制与给水净化;E-mail:353636808qq.com臭氧活性炭(O3-BAC)深度净水工艺能够在常规处理工艺去浊灭菌的基础上,进一步去除氨氮和溶解性有机物,在提高城市供水水质、改善口感、应对水源突发污染等方面表现突出,处理成本也相对较低。我国目前的O3-BAC深度净水工艺都是采用艺中,生物活性炭滤池为微型水生动物提供了远比常规水处理工艺适宜的生长条件,形成了从微生物-原生动物-大型无脊椎动物的生物链,炭滤池出水存在微型生物穿透现象,而在我国南方亚热带地区尤其突出,对饮用水水质构成了安全隐患。虽然微型生物经末端加氯消毒后可以灭杀,其终出水可能出现肉眼可见物,对出水水质造成了不利影响。

  针对传统臭氧活性炭(O3-BAC)净水工艺在我国南方湿热地区应用时后置炭滤池存在的问题,华南理工大学陆少鸣研究开发了新型臭氧-炭滤-消毒-砂滤组合O3-BAC工艺,将炭滤池设置在沉淀池与砂滤池之间,彻底解决了O3-BAC深度处理出水微型生物穿透问题。在新型O3-BAC工艺中,炭滤池采用上流式曝气生物活性炭滤池形式,维持了对溶解性微污染物的吸附能力,通过曝气增强了供氧能力和传质效率,显著提高了氨氮硝化率和有机物生物降解能力。本文以新型O3-BAC工艺小试装置为基础,考察上流式曝气生物滤池在给水深度处理中的启动情况。

  1试验部分1.1工艺流程新型O3-BAC工艺小试系统置于广州市某水厂,该水厂水源取自北江顺德水道,试验系统工艺流程见。

  图丨工艺流程试验用水引用该水厂沉淀池出水,经臭氧氧化后进入上流式曝气生物活性炭滤池,炭滤池出水加氯消毒后流入砂滤池。

  运行时间M /继-W 1.2试验参数试验系统进水量为1m3h-1,上流式曝气生物活性炭滤池以破碎炭为滤料,粒径少4mm,厚3.1m,炭层下部垫0.3m粗砂;上流式曝气生物活性炭滤池滤速为16m.h-1,气水体积比为0.2:1,定期进行气水联合反冲洗。试验从2011年1月1日启动,24h不间断运行,采用连续进水自然挂膜方式。

  1.3分析项目及方法浊度:HACH-2100A浊度仪;COD:酸性高锰酸钾法;氨氮:纳氏试剂分光光度法;亚硝酸盐氮:N-(1-萘基)-乙二胺分光光度法;7水头损失:测压管法。

  2结果与讨论2.1氨氮的去除启动期间沉淀池出水氨氮质量浓度维持在0.300.70mg‘L-1之间,上流式曝气生物活性炭滤池对氨氮的去除效果如所示。

  运行时间A1氨氮的去除效果在启动初期,由于自养硝化菌生长需要炭源,而炭滤池进水中的CODm又较低,所以炭滤池对氨氮的去除量很小。从1月9日开始,硝化细菌在活性炭表面富集和生长繁殖,亚硝酸细菌和硝酸细菌在生长速率和转化能力上也逐渐趋向稳定协调,炭滤池对氨氮的去除能力逐渐提高。通常,曝气生物活性炭滤池处理微污染原水,采用相对较稳定的氨氮去除率作为生物膜成熟的基本标志,本小试装置启动20d后,炭滤池对氨氮的去除率稳定在79°左右,可以断定挂膜成功。上流式曝气生物活性炭滤池出水氨氮已经达到生活饮用水卫生标准(GB由于生物硝化反应的适宜温度是2030温度小于15°C时硝化细菌的活性大幅度降低,温度低于5°C时硝化细菌的生命活动处于休眠状态,整个试验过程中,水温处于1013°C之间,硝化细菌生长繁殖缓慢,积累足够的生物量需要较长时间,因而使水中的氨氮得到稳定去除所需要的时间稍长。

  2.2亚硝酸盐氮的变化挂膜启动期间沉淀池出水N2——N质量浓度维持在00.04mg‘L-1之间,上流式曝气生物活性炭滤池对亚硝酸盐氮的去除效果如所示。

  运行时间/d由于进水采用的是水厂的待滤水,水经过前臭氧的投加,水中的亚硝化细菌难以生长,又由于原水中的N2——N基本为零,因而待滤水的N2——N检测结果基本均为负值。挂膜初期,亚硝酸菌尚未得到驯化,因而炭滤池出水的N2——N较低,直接也表现为氨氮的去除率较低。随着反应器的运行,从1月8日开始,滤池中亚硝化菌生长速率提高,对应微生物生长的对数期阶段,炭滤池出水N2——N质量浓度逐渐升高,在1月11号至13号,炭滤池出水N2——N稳定在某一个范围,此时亚硝化菌生长达到稳定期。在稳定期阶段,随着滤池中亚硝酸盐的积累,硝化菌也开始生长起来,因而出水的亚硝酸盐也会逐渐降低。

  从1月19号起,亚硝酸盐降到很低的一个水平,说明硝化菌生长也达到稳定期,这也标志着生物活性炭滤池挂膜完成。

  2.3COD的去除启动期间沉淀池出水COD维持在0.671.47mgL-1之间,上流式曝气生物活性炭滤池对CODm的去除效果如所示。

  在启动初始运行阶段,炭滤池对COD的去除率较高,这主要是由于此时滤池中活性炭为新炭,其吸附容量大,对进水中的溶解性有机物具有强烈的吸附作用,炭滤池对有机物的去除主要依靠吸附作用。随着时间的推移,其吸附容量逐渐下降,吸附作用降低,所以对有机物的去除效果有下降趋势。从1月8日开始,对有机物的去除效果又逐渐恢复,这是因为,活性炭表面逐渐形成生物膜,生物降解和活性炭吸附能协同去除有机物。活性炭不断将水中有机物吸附到活性炭表面,生物膜与有机物的接触时间得到了充分的保证,从而大幅度提高了生化有机物的效率;活性炭上有机物被生化降解的同时,其吸附能力也随之恢复。上流式曝气生物活性炭滤池出水CODm>已经达到生活饮用水卫生标准(GB 5749―2006)和饮用净水水质标准(C94一2005)。

  2.4浊度的去除挂膜启动期间沉淀池出水浊度维持在0.80 5.00NTU之间,上流式曝气生物活性炭滤池对浊度的去除效果如所示。

  浊度的去除效果从中可以看出,上流式活性炭滤池对浊度的去除效果很低,甚至经常性出现出水浊度高于进水浊度的现象。这主要是由于上流式滤池里面,气水同向,活性炭滤料膨胀程度比较高,滤料孔隙率大,破坏了滤料对水中的浊度截留作用,大部分颗粒物穿透滤床,而浊度去除率为负值则可能由于在气水冲刷下,少量微生物膜脱落,或活性炭碎末随水流出而导致。但是上流式曝气生物活性炭滤池有砂滤池垫后,砂滤池能有效抵抗炭滤池出水浊度负荷冲击,所以使得系统终出水浊度在0.10.2NTU,达到生活饮用水卫生标准(GB 5749―2006)和饮用净水水质标准(C94一2005)。

  另外,浊度去除率降低可减缓滤池水头损失的增大,延长滤池的反冲洗周期,减少反冲洗对活性炭带来的冲刷,进而延长活性炭滤料的使用寿命。另外也可以节省能耗,便于运行管理。

  2.5水头损失及冲洗方式在新型臭氧活性炭工艺中,上流式曝气生物活性炭滤池直接面对沉淀池出水,相对传统工艺中的炭滤池而言,其过滤的悬浮物多,炭滤池更容易积累污染物,从而引起炭滤池的水头损失增加,生化作用降低。因此需要探求合适的方式对炭滤池进行反冲洗,既能清除生物活性炭滤料截留的悬浮物,使滤池的水头损失降到正常的水平,保证滤池稳定运行;又能将生物活性炭上老化的微生物膜清除,促进微生物的新陈代谢,恢复生物活性炭滤池对有机物的去除能力,维持其正常的“吸附-生化-过滤”功能。

  在上流式曝气生物活性炭滤池启动期间,结合上流式曝气生物活性炭滤池的特点,对比试验了不同炭滤池反冲洗方式的效果,后确定两段式气水混合反冲洗的具体操作步骤:先气洗+下排水5min气洗强度6L‘m-2’s-1;然后水洗+气洗10min,其中水洗强度为8L‘m-2’s-1,气洗强度为6L‘m-2’s-1.其中,下排水即打开炭滤池的排空阀,让池内的水至上而下排出,从而带走滤池下部的污染物,以防下部的污染物向池体中上部迁移。试验期间水头损失变化在一定范围内波动,但波动幅度不大,冲洗前后过滤水头变化量<0.2kPa,在保证工艺出水水质符合生活饮用水卫生标准(GB 5749―2006)的条件下,反冲洗周期可达35d. 3结论在试验条件下,上流式曝气生物活性炭滤池启动20d后,对氨氮的去除率稳定在79°左右,滤池挂膜成功。由于低温条件限制了硝化菌在滤池内的生长速度,所以挂膜时间稍长。

  上流式曝气生物活性炭滤池启动完成后,对COD、氨氮、亚硝氮去除效果稳定,试验系统终出水CODMn、氨氮、亚硝氮、浊度均达到生活饮用水卫生标准(GB5749―2006)和饮用净水水质标准(C94―2005)。

  启动期间,上流式曝气生物活性碳滤池气水体积比为0.2:1,运行稳定,水头损失得到有效控制。其适宜的反冲洗方式为:先气洗+下排水5min气洗强度6L‘m-2’s-1;然后水洗+气洗10min,其中水洗强度为8L‘m-2’s-1,气洗强度为6L‘m-2’s-1;反冲洗周期可以延长到35d.

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