气浮-好气滤池工艺深度处理污水厂二级出水

朱兆亮,曹相生,李 冬,孟雪征,王俊安,张 杰

(1.北京工业大学水质科学与水环境恢复工程北京市重点实验室,北京 100124;2.山东建筑大学 市政与环境工程学院,济南 250101)

气浮-好气滤池工艺深度处理污水厂二级出水

朱兆亮1,2,曹相生1,李 冬1,孟雪征1,王俊安1,张 杰1

(1.北京工业大学水质科学与水环境恢复工程北京市重点实验室,北京 100124;2.山东建筑大学 市政与环境工程学院,济南 250101)

通过小试研究了气浮-好气滤池工艺提高二级出水水质的应用效果.结果表明,在高、中、低浓度进水水质条件下,气浮-好气滤池工艺具有良好的适应性,工艺对色度、COD、氨氮、总磷、浊度等指标的平均去除率分别是64.8%、47.0%、80%、83%、77.8%.中、低浓度进水水质条件下,出水水质达到城市污水排放一级A标准(GB/T18918—2002)和城市杂用水水质标准(GB/T18920—2002);同时UV254和细菌也得到很好的去除,平均去除率达到了45.7%和62.5%.另外试验结果显示,工艺流程前段气浮单元对有机物、浊度、总磷及UV254的去除起到关键作用,而后续的好气滤池单元主要降低了氨氮浓度,对浊度、有机物的去除起到把关作用.

气浮;好气滤池;二级出水;深度处理

再生水处理或污水深度处理的主要目的是在二级处理的基础上进一步去除污水中的悬浮物、浊度、残存的有机物、微生物代谢残片和氨、磷等物质.传统的絮凝 +沉淀 +过滤工艺对二级出水中的悬浮物和胶体类杂质有很好的去除作用,但很难去除溶解性杂质.溶解性物质主要包括进水中的残留物、微生物代谢产物SMP两大类物质[1].很多研究表明,二级出水溶解性物质中SMP占了大部分[2-5],对城市生活污水等生化性较好的污水,SMP甚至可以占到出水COD的100%[6].Gaudy和Blachly通过实验指出,二级出水中残留COD的90%都是可生物降解的[7].Parkin和Mccarty发现活性污泥法出水中可生物降解的溶解性有机氮(SON)可占到总氮的0～60%[8].

因此针对二级出水水质情况,本课题组负责人张杰院士提出了气浮 +好气过滤工艺处理城镇污水的二级出水,进一步去除水中的悬浮物、胶体杂质及溶解性的有机物,充分利用气浮的充氧功能,强化后续过滤单元的生物作用,使好气滤池既有生物滤池的生物降解作用,又具有普通快滤池的截留除浊功能,从而使水质得到进一步提高.本研究是在该理论基础上,通过试验验证气浮-好气滤池在污水深度处理方面的应用效果,为后续实际工程应用提供数据参考.

1 试验材料和方法

1.1 原水水质

试验原水为小区生活污水,经实验室内SBR间歇反应器A/O运行产生二级出水,通过调节A/O运行工况,得到高、中、低浓度水质条件不同的二级出水.水质情况见表1.

1.2 检测项目和方法

试验测定了浊度、色度、UV254、COD、NH3-N、TP和细菌总数等7个指标.COD的测定采用5B-3B型COD快速测定仪;浊度采用WGZ200散射光浊度仪;色度的测定采用铬钴分光光度法,用 K2Cr2O7和CoSO4配成标准色阶,455 nm处3 cm比色皿测定吸光度,标准曲线方程为y=1 622.9x-0.260 9,R=0.999 9(其中y为色度值,x为吸光度值);TP的测定采用钼酸盐分光光度法;氨氮的测定采用纳氏试剂分光光度法;UV254的测定采用UV-1700紫外可见光光度仪;细菌的测定采用总数平板法.

表1 原污水及二级出水水质Table1 Raw w astew ater and secondary effluent qualities

1.3 工艺流程及设计参数

1.3.1 工艺流程

二级出水投加絮凝剂后进入絮凝反应池,然后同溶气回流水一起进入气浮池,在气浮池内泥水分离后,出水进入好气滤池,装置流程图见图1.

1.3.2 设计参数

絮凝池为机械搅拌隔板反应池,分3格,每格尺寸为200 mm ×200mm ×400mm,搅拌强度是 50 、30、20 s-1,反应停留时间为20min,加药单元和进水单元采用数字式变速蠕动泵,搅拌单元采用调速电动搅拌机.

好气滤池采用内径为90mm的滤柱,柱高2.5 m.滤料采用平均粒径d=1mm石英砂,填充高度为1 m.承托层采用粒径为4～20 mm的卵石,厚度300mm,从下向上逐渐减小.采用上向流运行方式,滤速为(0.5 ～1.0)m/h,气水比为1∶1 ～3∶1.反冲洗采用气、水联合反冲,单独气冲强度为11.1 L/m2·s,冲洗3 min,联合气冲强度11.1 L/m2·s,水冲强度 4.5 L/m2·s,冲洗 6 min,水漂洗强度 8.9 L/m2·s,漂洗时间 5 min.以滤柱中水头损失升高至1m作为滤池反冲洗的时间点.

装置中絮凝池、气浮池、滤池均为有机玻璃池体.

絮凝剂采用价格相对便宜的工业纯聚合氯化铝(Al2O3,其质量浓度为31%,碱基度88.56%),在溶药池溶解配制为质量浓度为1%的药液,采用湿法投加.

图1 试验装置流程图Fig.1 Schematic diagram of experiment

2 试验结果与分析

试验过程针对不同进水水质条件对流程的运行参数进行了调整,其中高浓度水质条件下,絮凝剂的投加量是70mg/L,中、低浓度水质条件时投加量是50 mg/L;滤池的滤速在高浓度水质条件下为0.5m/h,中、低浓度水质条件时为1 m/h.

设P0为二级出水平均值,P1为气浮出水平均值,P2为滤池出水平均值,R1为气浮池去除率,R1=100(P0-P1)/P0,R2为好气滤池去除率,R2=100(P1-P2)/P1,R为总去除率,R=100(P0-P2)/P0,P为总去除率均值.试验分析结果见表2～4.

表2 气浮-滤池工艺对色度、COD、UV254的去除效果Table 2 Removals of chromaticity color,COD,UV254 by flotation-aerobic filters processes

2.1 对有机物的去除

为反映气浮-好气滤池工艺对有机物的去除效果,试验测定了COD、色度、UV2543个指标.从表2中可以看出,气浮-好气滤池工艺对色度、COD、UV254的去除率在高、中、低浓度水质条件下平均值分别达到64.8%、47.0%、45.7%,其中气浮单元对色度、COD、UV254的去除率高于滤池单元对3个指标的去除率,故气浮单元在去除有机物方面,特别是对于带有不饱和键的致色有机物,如腐殖酸和富里酸,以及具有双键结构的有机物,如酚类、多环芳烃、芳香酮、芳香醛等含有苯环结构的物质具有更好的去除优势;而滤池对色度的去除率较高,对UV254的去除效果较差,在不同水质条件下去除率均低于10%.

从滤池出水平均值看,3个指标中,滤池出水色度在低浓度水质条件时能达到城市杂用水水质标准(GB/T18920—2002),COD在3种水质条件时均能满足水质标准要求,UV254在高、中、低浓度水质条件时也分别降低到0.168、0.087、0.030 cm-1,可见气浮-好气滤池流程对有机物具有明显的去除效果,水质得到进一步的提高.

2.2 对氨氮和总磷的去除

城市污水厂二级出水中氨氮和总磷是限制水厂达标排放的2个重要指标.城市污水排放一级B标准(GB/T18918—2002)对氨氮和总磷的限制值分别是15 mg/L和1.0mg/L,而传统的二级处理较难达到标准要求,因此需要对二级出水中的氨氮和总磷进行深度处理.从表3看出,气浮-好气滤池工艺对氨氮和总磷的去除效果较好,在3种进水水质条件下,氨氮和总磷的去除率均值分别是80%、83%,出水指标达到了一级排放标准.

表3 气浮-滤池工艺对氨氮和总磷的去除效果Table3 Rem ova ls of ammonia nitrogen and total phosphorus by flotation-aerobic filters processes

氨氮的去除主要集中在好气滤池中,水力负荷和容积负荷是影响氨氮去除的重要因素,根据进水氨氮负荷调节水力负荷,当高氨氮负荷时,降低水力负荷;低氨氮负荷时,提高水力负荷.从表3看出,在低负荷下,氨氮的去除率达到97.4%,出水达到了氨氮排放一级A标准,在中、高负荷时,出水达到了一级B标准;总磷的去除主要集中在絮凝-气浮阶段,絮凝剂的种类和投加量是影响总磷去除的关键因素,试验中采用的聚合氯化铝水解后不仅通过生成铝盐沉淀去除总磷,而且Al3+、OH-、PO3-4之间的强亲和力,能形成难溶的络合物,在其表面有很强的吸附作用,通过吸附可去除更多的磷[9].从表3看出在高浓度水质条件时,当聚合氯化铝的投加量为70mg/L,气浮出水总磷达到一级B标准;在中、低浓度水质条件时,当聚合氯化铝的投加量为50mg/L,出水总磷达到了一级A标准.

同时表3数据显示,气浮对氨氮的去除率和滤池对总磷的去除率都较小.

2.3 对浊度和细菌总数的去除

生活污水经生物二级处理后,出水中的微粒以较难沉降的、密度接近于水的微细颗粒为主.这类低浊度水中颗粒数目较少,且主要以尺寸很小、粒度均匀的胶体粒子为主.这些胶体粒子具有较高的Zeta负电位,相互间存在较大的静电斥力,因而碰撞、絮凝的效率低,难以形成性能良好的、易于下沉的絮体颗粒.而气浮单元处理技术对这类水中的颗粒具有很好的去除效果,而且滤池中的滤料和微生物也能对胶体颗粒等杂质吸附、截留.从表4可以看出,气浮-好气滤池工艺对浊度的去除效果明显,在3种进水水质条件下,浊度去除率均值为77.8%,出水浊度低于3NTU,达到城市污水排放一级A标准(GB/T18918—2002)和城市杂用水水质标准(GB/T18920—2002).

表4 气浮-滤池工艺对浊度和细菌总数的去除效果Table4 Rem ova ls of turbidity and total count of bacteria colonies by flotation-aerobic filters processes

经过生物处理的二级出水中,细菌总数在(10～100)万个/mL,通过絮凝-气浮工艺,水中的细菌被沉淀物吸附和被气浮产生的浮渣粘附去除,表4显示,气浮能将细菌总数降低到10万个/mL以下,平均去除率超过50%;好气滤池单元在此基础上进一步降低细菌总数,去除率达到了20%以上.因此气浮-好气滤池工艺为后续消毒处理降低了负荷,从而有效节约消毒剂的费用.

3 结论

采用气浮-好气滤池工艺对二级出水深度处理研究表明,工艺对进水水质有良好的适应性.气浮-好气滤池工艺对色度、COD、氨氮、总磷、浊度等指标去除率高,在中、低浓度水质条件下,出水水质达到城市污水排放一级A标准(GB/T18918—2002)和城市杂用水水质标准(GB/T18920—2002);同时二级出水中UV254和细菌总数得到很好的去除.试验结果显示,工艺流程中气浮单元对有机物、浊度、总磷及UV254的去除起到关键作用,而后续的好气滤池单元主要降低了氨氮指标,对浊度、有机物指标的去除起到把关作用,因此气浮-好气滤池工艺合理分担了二级出水中C、N、P等指标的去除,是污水厂二级出水深度处理和回用值得推广应用的优化工艺.

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(责任编辑 郑筱梅)

Advanced Treatment of Secondary Effluent by Dissolved Air Flotation-Aerobic Filters Processes

ZHU Zhao-liang1,2,CAO Xiang-sheng1,LIDong1,MENG Xue-zheng1,WANG Jun-an1,ZHANG Jie1
(1.Key Lab of Beijing for Water Quality Science and Water Environment Restoration Engineering,Beijing University of Technology,Beijing 100124,China;2.School of Municipal and Environmental Engineering,Shandong Jianzhu University,Jinan 250101,China)

The grouping technology of dissolved air flotation and aerobic filters are optimal to wastewater advanced treatment.Tests of improving secondary effluent by dissolved air flotation-aerobic filter's process are studied.The results indicate that the flotation-aerobic filters process can adapt well to different influent concentration,including high,middle and low concentration.The average removal rates of colority,COD,ammonia nitrogen,total phosphor and turbidity by flotation-aerobic filter's processes are 64.8%,47.0%,80%,83%,and 77.8%respectively.The effluent reaches the Water Quality Standard for Urban miscellaneous Water Consumption(GB/T 18920—2002)and Urban Wastewater discharge standards(GB/T 18918—2002)when the influent is middle or low concentration.The UV254and bacteria are removed well too,and the average removal rates are45.7%and 62.5%respectively.In the end,the results show that the flotation process plays a key role in aspect of removing organics,turbidity,total phosphor and UV254,and the aerobic filters decrease the ammonia nitrogen concentration largely.On the basis of the flotation process,much turbidity and organics can be removed.

dissolved air flotation;aerobic filters;secondary effluent;advanced treatment

X 703.1

A

0254-0037(2010)04-0523-05

2008-10-27.

北京市优秀人才培养资助项目(20071D0501500211);国家“八六三”计划资助项目(2003AA601010).

朱兆亮(1975—),男,山东济南人,副教授.