論文作者：梅翔 陳洪斌 高廷耀 周增炎 李懷正 喻文熙 傅威 許曉天

摘要：采用基于穿孔管曝氣方式和YDT型彈性立體填料的生物接觸氧化工藝處理微污染水源水。分析了水源水自然接種條件下的工藝啟動過程,研究了不同氣水比運行條件下污染物的去除效果。處理系統(tǒng)形成穩(wěn)定的氨氮去除率和硝酸鹽氮生成率是工藝啟動過程完成的主要標(biāo)志；工藝運行中的氣水比由生物硝化過程決定,氣水比影響氨氮去除率和氨氮去除的穩(wěn)定性,針對不同的進水氨氮濃度應(yīng)采用相應(yīng)的氣水比。 

關(guān)鍵詞：水源水 生物接觸氧化 啟動 氣水比 氨氮

　　由于工業(yè)、農(nóng)業(yè)及生活等方面的污水未經(jīng)適當(dāng)處理而大量排入水體,許多城市取水水源污染日益嚴(yán)重,尤以氨氮和有機物的污染最為突出,常規(guī)給水處理工藝已難以保證安全、衛(wèi)生的水質(zhì)。采用生物接觸氧化工藝處理微污染水源水是改善給水水質(zhì)的有效措施,并且一定的氣水比是保證微污染水源水生物接觸氧化處理系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)的必要條件[1,2]。

　　微污染水源水生物接觸氧化處理工藝啟動過程、工藝狀態(tài)是如何變化的?工藝啟動過程完成的標(biāo)志有哪些?氣水比在工藝啟動及運行調(diào)節(jié)中的作用到底有多大?調(diào)節(jié)氣水比的依據(jù)又是什么?我們通過YDT型彈性立體填料穿孔管曝氣方式的生化池在水源水自然接種的條件下,填料掛膜過程工藝運行狀態(tài)的變化,分析工藝啟動過程完成的標(biāo)志。并通過氣水比的調(diào)節(jié)考察氣水比對污染物去除效果的影響,以期為工程設(shè)計及運行管理提供優(yōu)化的設(shè)計參數(shù)和運行條件。

1　試驗概況

1.1　工藝流程

　　試驗在廣東省東江的一條引水渠道邊開展,工藝流程如圖1所示。

圖1　工藝流程框圖

　　渠內(nèi)水源水通過潛水泵提升至進水計量槽,由量水堰測針讀數(shù)計量進水流量,經(jīng)進水井和進水配水池進入生物接觸氧化池,由尾門測針讀數(shù)控制生物接觸氧化池水位。處理后的出水經(jīng)出水配水池排入主渠。以羅茨鼓風(fēng)機向生物接觸氧化池供氣,供入池內(nèi)的空氣量通過玻璃轉(zhuǎn)子流量計、氣壓表和壓力式溫度計進行計量,多余的空氣通過旁通管排空。

　　生物接觸氧化池(以下簡稱生化池)為長×寬×高=20.00m×1.00m×4.30m(有效水深.80m)；池內(nèi)均勻布置60m3的YDT型彈性立體填料(填料單體尺寸為F 200×3 000mm)；池底部安裝20根DN25的穿孔曝氣管(ABS工程塑料管),兩側(cè)F 3孔45°向下,同側(cè)孔距120mm,異側(cè)孔距60mm。

1.2　試驗設(shè)計

1.2.1　工藝運行條件

　　采用引水渠內(nèi)的水源水對生化池進行微生物接種,保持水力停留時間(HRT)為60min,控制氣水比為1.70(空氣量已換算成20℃、1 atm狀態(tài),下同),進入填料掛膜的工藝啟動過程。啟動過程完成后,進入工況試驗階段,保持生化池HRT為50min,調(diào)節(jié)氣水比分別為1.30、1.00、0.90、0.80和1.20,每個工況運行10天左右。工況試驗階段水溫為25.4℃～30.1℃,平均為27.6℃。

1.2.2　取樣與測試

　　每隔1h分別在生化池進出口取樣,連續(xù)取12h的混合水樣作為當(dāng)日水樣,并及時分析。測試項目與方法如表1所示。

2　試驗結(jié)果與分析

2.1　工藝啟動過程

2.1.1　氨氮去除效果的變化

　　由圖2可見,生化池經(jīng)水源水自然接種后,由于水溫適宜(24.0℃～27.4℃,平均25.4℃),供氧充分,硝化細菌經(jīng)短暫適應(yīng)后迅速增殖,填料掛膜速度快,生化池發(fā)揮硝化能力所需時間短。經(jīng)兩周時間氨氮去除率即超過75%,隨后去除效果穩(wěn)定,工藝啟動較為順利。

表1　測試項目與方法

圖2　氨氮去除效果的歷時變化

圖3　硝酸鹽氮生成率的歷時變化

2.1.2　硝酸鹽氮生成率的變化

　　氨氮經(jīng)生物硝化作用最終轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮,故從氨氮轉(zhuǎn)化量和硝酸鹽氮生成量的變化可以反映出工藝啟動過程運行狀態(tài)的變化。由圖3可見,一方面,隨著填料上硝化細菌的生長繁殖,生化池的硝化能力逐步發(fā)揮,氨氮轉(zhuǎn)化量和硝酸鹽氮生成量日漸增加,在一定的進水水質(zhì)條件下,兩者同步達到最大值后趨于穩(wěn)定；另一方面,根據(jù)已有的測試數(shù)據(jù),生化池進、出水的有機氮和亞硝酸鹽氮的含量很小且分別相近,而且生化池內(nèi)微生物有機體的合成和分解對池內(nèi)氮平衡的影響可以忽略,故可認(rèn)為生化池內(nèi)硝酸鹽氮生成量主要來自氨氮經(jīng)生物硝化而轉(zhuǎn)化的量,前者與后者之比基本反映了生化池的硝酸鹽氮生成率。啟動初期,亞硝酸鹽細菌和硝酸鹽細菌在生長速度上的差異導(dǎo)致兩類細菌在轉(zhuǎn)化能力上的差異,硝酸鹽氮生成率偏離1.00較大且不穩(wěn)定；隨著生物膜的漸趨成熟,兩類細菌在轉(zhuǎn)化能力上趨于穩(wěn)定協(xié)調(diào),氨氮轉(zhuǎn)化至硝酸鹽氮的過程進行得較為徹底,兩周時間后氨氮轉(zhuǎn)化量與硝酸鹽氮生成量趨于一致,硝酸鹽氮生成率穩(wěn)定在1.00附近。

2.1.3　進、出水DO和pH的變化

　　由圖4可見,由于氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮的過程是一個耗氧、耗堿度的過程,隨著填料上硝化細菌的生長,生物硝化作用的進行,在一定的進水條件和工藝運行條件下,生化池出水與進水DO的差值由大變小,漸趨穩(wěn)定。與此同時,出水與進水pH的差值亦由大變小,并且必定會出現(xiàn)出水pH低于進水pH的時候,隨后出水pH繼續(xù)下降,趨于穩(wěn)定。工藝啟動中,生化池進、出水DO和pH的變化指示了填料掛膜的進程和生物硝化作用進行的程度。

圖4　進、出水DO和pH的歷時變化

2.1.4　COD_Mn去除效果的變化

　　由圖5可見,啟動中COD_Mn去除率在出現(xiàn)幾次起伏波動后趨于穩(wěn)定。這說明填料上異養(yǎng)微生物在生長初期繁殖速度很快,但易流失。經(jīng)過一段時間的培養(yǎng)馴化后,填料上異養(yǎng)微生物的種類、數(shù)量趨于穩(wěn)定,對水源水中的有機物形成較為穩(wěn)定的去除效果,COD_Mn去除率達20%左右。工藝啟動過程中COD_Mn去除效果的變化從一個側(cè)面反映了填料上生物膜成熟的程度。

2.2　氣水比對污染物去除效果的影響

圖5　CODMn去除效果的歷時變化

　　工藝啟動過程完成后,保持生化池HRT為50min,調(diào)節(jié)氣水比分別為1.30、1.00、0.90、0.80和1.20,考察各運行工況下生化池對污染物的去除效果。

2.2.1　氣水比對氨氮去除率的影響

　　由于試驗期間生化池進水氨氮濃度低于2.00mg/L和高于5.00mg/L的情況較少,故以進水氨氮濃度為2.00mg/L～5.00mg/L的范圍進行分析。將各氣水比條件下氨氮去除情況按進水氨氮濃度的高低分段求出氨氮去除率平均值,繪出各濃度段氨氮去除率隨氣水比的變化曲線(見圖6)。

圖6　氣水比對氨氮去除率的影響

　　由圖6可見,在每一進水氨氮濃度段,隨氣水比的增大,氨氮去除率升高；同一氣水比條件下,高濃度段的氨氮去除率低于低濃度段的氨氮去除率,即氨氮去除率隨進水氨氮濃度的升高而降低。這一方面說明了氣水比影響著硝化細菌活性的發(fā)揮,另一方面說明了對于一個確定的處理系統(tǒng),為保持穩(wěn)定的氨氮去除效果,既需維持穩(wěn)定的硝化細菌生物量,又需針對不同的進水氨氮濃度采用相應(yīng)的氣水比運行。

2.2.2　氣水比對氨氮去除穩(wěn)定性的影響

　　由于在每一氣水比運行條件下,隨進水氨氮濃度的升高,氨氮去除率降低,則氨氮去除率隨進水氨氮濃度的變化而變化的量表示了生化池去除氨氮的穩(wěn)定性(見圖7)。

　圖7　氣水比對氨氮去除穩(wěn)定性的影響

　　由圖7可見,氣水比越大,生化池的氨氮去除穩(wěn)定性越好。即進水氨氮濃度增大時,以較高氣水比運行的生化池氨氮去除率降低的幅度比以較低氣水比運行的生化池氨氮去除率降低的幅度小。