懸浮床光催化-膜分離反應(yīng)器處理受污染河水的研究

1、懸浮床光催化-膜分離反應(yīng)器處理受污染河水的研究1試驗(yàn)方法試驗(yàn)裝置如圖1所示。反應(yīng)器中插入低壓汞燈，反應(yīng)器底部由微 孔板曝氣提供懸浮床的供氧和混合。 聚乙烯中空纖維膜組件（孔徑為 0.4mm）浸沒于反應(yīng)器中，用抽吸泵抽吸，通過膜的過濾得到出水。 催化劑則被截留于反應(yīng)器內(nèi)。反應(yīng)器有效容積0.24m3,設(shè)計(jì)水量為1 1.8m3/d。受污染的河水取自清華校河。 進(jìn)水COD大約在5080 mg/L, NH3N濃度大約26mg/L,由于原水在進(jìn)水箱的沉淀，進(jìn)水 SS大約為0。圖1懸浮珠光儈覽牒分離反應(yīng)器系統(tǒng)I92結(jié)果與討論2.1 COD禾口 NH齊N去除效果試驗(yàn)考察了不同HRT和進(jìn)水條件下該反應(yīng)器去除 C

2、OD和NH齊N 的效果。結(jié)果見表1。表1反應(yīng)器處理河水運(yùn)行歷程時(shí)間順序HRT進(jìn)水水質(zhì)出水水質(zhì)COD去除率13d4 6d6h4.5hCOD 5080mg/LNH3-N 26mg/LCOD 0mg/LNH3-N 1 3mg/L100%728d3hCOD 8 16mg/LNH3-N 2 4mg/L80%2930d3hCOD 5080mg/LNH3-N 15 20mg/LCOD40mg/LNH3-N 8 14mg/L30%3135d2h3641d3hCOD 5080mg/LNH3-N 8 12mg/LCOD 15 20mg/LNH3-N 5 7mg/L70%試驗(yàn)結(jié)果表明：進(jìn)水水質(zhì)正常時(shí)，COD去除率可

3、達(dá)80%以上 (HRT =3、4.5、6h)。但氨氮濃度升高會大大惡化處理效果。如果認(rèn)為 COD和氨氮二者不相互抑制，則去除單位質(zhì)量的 NH3- N要相當(dāng)于去 除5倍質(zhì)量的COD這說明，對未受生活污水嚴(yán)重污染和較輕富營養(yǎng) 化的河流、湖泊水而言，使用本系統(tǒng)進(jìn)行COD和TOC的去除是合理的。2.2 催化劑的截留和懸浮效果通過使用0.4mm孔徑微濾膜，催化劑可以被有效截留。在最初三 天出水中有輕微的催化劑泄漏， 但隨后則被完全截留。 總泄漏量不足 總催化劑量的 5%。通過微孔板曝氣和膜組件下的反沖曝氣系統(tǒng)，催 化劑在懸浮床中能保持良好懸浮。 在適當(dāng)條件下， 催化劑懸浮量可以 保持 40d 不用添加。

4、2.3 膜過濾阻力的變化在運(yùn)行過程中， 膜過濾阻力逐漸上升。 膜過濾阻力與膜通量密切 相關(guān)。通量越大， 膜過濾阻力上升速率越快。大體上可以用指數(shù)關(guān)系 來描述過濾阻力上升速率與膜通量的關(guān)系。 試驗(yàn)結(jié)果表明： 在膜通量 小于 54l/(m2h) 時(shí)，過濾阻力增長速率小于 0.15kPa/d ，如果以壓差 增長小于8m水頭為膜過濾周期，則可以穩(wěn)定運(yùn)行 52天不清洗。2.4 膜組件的清洗 膜過濾阻力上升到一定程度后，需要對膜組件進(jìn)行離線化學(xué)清洗。試驗(yàn)表明NaCIO漂洗足以使膜過濾阻力回落到相當(dāng)于清潔膜的水 平。這說明有機(jī)物是膜面污染物的主要成分。 對污染后的膜絲做掃描 電鏡分析， 表明膜面污染物主要為

5、河水中的纖維狀物質(zhì)、 藻類和真菌類物質(zhì)2.5 催化劑活性的變化在試驗(yàn)過程中，只要進(jìn)水水質(zhì)正常， 均可以維持穩(wěn)定的處理效果； 經(jīng)過進(jìn)水水質(zhì)惡化然后又恢復(fù)到基本正常時(shí)，處理效果也相應(yīng)恢復(fù)。 這說明在處理過程中催化劑活性得以保持。 將運(yùn)行后的催化劑與新催 化劑在相同試驗(yàn)下對比其活性，發(fā)現(xiàn)運(yùn)行后催化劑活性明顯提高。2.6 反應(yīng)器運(yùn)行成本分析 試驗(yàn)結(jié)果表明，本系統(tǒng)處理單位體積河水的運(yùn)行電耗為明顯高于 太陽光催化反應(yīng)器。但是，如果以單位紫外能的 COD去除負(fù)荷而言， 則比固定化太陽光催化高45倍，而且大大節(jié)約了占地面積。如果 進(jìn)水污染物濃度較低，則應(yīng)用本系統(tǒng)處理噸水的運(yùn)行電耗會大幅降 低。在廢水常規(guī)處理后

6、的深度處理和微污染水源水處理方面有較大的 應(yīng)用潛力。旋流沉砂池的排砂系統(tǒng)設(shè)計(jì)目前，城市污水處理廠的沉砂池基本上采用兩種類型： 一種是應(yīng) 用比較廣泛的曝氣沉砂池， 通過池中一側(cè)的空氣管控制曝氣， 使污水 形成具有一定速度的前進(jìn)旋流 （垂直于水流方向 ） ，這種池型具有穩(wěn)定 的除砂效果；另一種是利用水力渦流除砂的旋流沉砂池 （其旋流與水 流方向基本一致 ） ，具有池型簡單、占地省、運(yùn)行費(fèi)用低、除砂效果 好等優(yōu)點(diǎn)， 已越來越受到人們的重視。 旋流沉砂池的排砂目前采用兩 種形式，一種是靠砂泵排砂，其優(yōu)勢 在于設(shè)備少、操作簡便，但砂 泵的磨損問題也越來越受到用戶的關(guān)注； 另一種是氣提排砂， 其優(yōu)勢 在于

7、系統(tǒng)可靠、耐用，但設(shè)備相對較多。合肥市王小郢污水處理廠是安徽省第一座大型城市污水處理廠， 一期工程規(guī)模為 153 104m3/d ，已于 1998年投產(chǎn)運(yùn)行，運(yùn)行效果良好； 二期工程又增加 153 104m3/d ，已在 2001年的下半年投入使用，一、 二期工程均采用氣提排砂的旋流沉砂池。1 概況該工程設(shè)旋流沉砂池 2 座、砂水分離器 2 臺，由奧地利 NEVHOLD 提供成套設(shè)備，其中空壓機(jī) (2 臺)采用德國 Aerzen 的產(chǎn)品。具體設(shè)備參數(shù)如下： 旋流沉砂池直徑為5480 mm池深為4 750 mm,單池處理量為4100nVh，槳葉直徑(可調(diào)試)為(1500 士 150) mm,轉(zhuǎn)速

8、為n=12 r/min 。 空壓機(jī)型號為 GM3S, Q=109m3/h , H=8 m。 砂水分離器型號為 SAK250, Q=30m3/h ,安裝閉度為 30, 固體負(fù)荷為 1m3/h 。 空氣提升泵 (Q=50m3/h)2 臺。其工藝布置見圖 1。融OL 理g空囂I2 一呦iH收磚管壁雪井離熬加100獨(dú)殛麗加100/電乩?？诉|器圉T掘流沉曙池布置圖2工作原理通過細(xì)格柵的進(jìn)水以切線方向流入沉砂池，出水則沿徑向流出， 槳葉以12 r/min的速度均勻轉(zhuǎn)動以保持池體內(nèi)水流具有 0.30.4 m/s的平均流速。由于水力原因?qū)⑹股傲３寥氤辽俺氐牧隙返撞浚?jīng) 氣提排出并進(jìn)入砂水分離器，進(jìn)一步固液分離

9、后的污水將進(jìn)入廠區(qū)污 水管道。3運(yùn)行控制沉砂池的系統(tǒng)控制可以分成手動和自動，自動控制由現(xiàn)場的控制箱 和PLC進(jìn)行。沉砂池?cái)嚢柘到y(tǒng)基本上為24h連續(xù)自動操作，若需要保 養(yǎng)或手動操作時(shí)，系統(tǒng)可以切換。沉砂池的空氣提升泵、空氣沖洗裝置及砂水分離器的操作由電控 柜自動執(zhí)行，必要時(shí)自動控制可以由操作人員解除而完全以人工控制 方式運(yùn)作?？諝馓嵘貌僮髑氨仨毚_認(rèn)鼓風(fēng)機(jī)操作正常、氣壓達(dá)到預(yù)設(shè)值氣洗過程： 空氣管上的電磁閥開啟， 排砂管上的電動刀閥處于關(guān) 閉狀態(tài)，壓縮空氣自空氣噴頭噴出打松沉于池底的沉砂以利于下一步 提升泵將沉砂抽出，并使上清液返回水處理流程作 下一步處理。電 磁閥的開啟時(shí)間可以調(diào)節(jié)。一期工程采

10、用的是水洗， 該過程與氣洗過程類似， 但要增設(shè)相應(yīng)的 電磁閥和采用具有一定壓力的自來水沖洗沉砂池池底。 可以看出氣洗 比水洗更方便、簡單，同時(shí)也可節(jié)約一定量的自來水。排砂過程：啟動砂水分離器，開啟排砂管上電動刀閥，空氣提升 泵把沉砂抽送至砂水分離器， 經(jīng)過一預(yù)設(shè)時(shí)間后系統(tǒng)自動關(guān)閉。 預(yù)設(shè) 時(shí)間可以根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行后的經(jīng)驗(yàn)而設(shè)定， 也可隨著污水中的含砂量的 變化作適當(dāng)調(diào)節(jié)。經(jīng)過以上兩個(gè)過程后，電動刀閥、電磁閥、空壓機(jī)自行關(guān)閉，即 完成一個(gè)工作周期。4 氣提排砂的計(jì)算氣提排砂系統(tǒng)主要包括空氣提升泵和空壓機(jī)及其配套設(shè)備， 由空 壓機(jī)提供氣源， 空氣提升泵將砂水混合液由低處提升到高處， 其工作 原理是通過

11、自下而上吹入空氣，使污水、砂、空氣形成氣液混合體且 降低了密度，從而實(shí)現(xiàn)砂水混合液的提升。 空氣量計(jì)算QL=QS 62 H/T(1)式中 QL所需空氣量，rn/hQS砂水混合液量，mVhH水面以上提升高度，nT水面以下空氣注入深度，m風(fēng)壓計(jì)算P T+2(2)舉例：3已知 H=2 m T=4.2 m(則 P=62 kPa)、砂量=1.8m/d，按含水率 3%計(jì)，貝S QS=60r/d(若空氣提升泵按工作48次/d、3 min/次計(jì)，則 QS=25 m3/h), QL=71.4m/h(取安全系數(shù)為1.21.3，則該值為 92.9m3/h)?？諝饬恳部蓞⒖嫉聡鳳ASSVAN公司沉砂池的提升參數(shù)，見表1表1沉砂池的提升參數(shù)深度比：H/T0.2 1.20.2 1.20.2 1.20.2 1.2空氣量(m3/h)15 15020 25030 28050 440提砂量(L/s)61410 2415 3523 58沖洗水量(m3/h)18182230沖洗水壓(kPa)2002002002005排砂