純氧曝氣在廢水處理中的應用

純氧曝氣在廢水處理中的應用

1986年，中國第一個純氧化合水廢水廠在天津石化公司成功成立。中國現(xiàn)有城市污水處理廠80%以上采用的是普通曝氣活性污泥法,存在占地面積大、不耐沖擊負荷、剩余污泥產量大等問題,難以處理成分復雜的工業(yè)廢水。純氧曝氣其氧氣利用率高,充氧動力效率低于普通曝氣的特點,進一步降低污水處理成本。純氧曝氣現(xiàn)也有用于污泥消化的研究,純氧曝氣生物濾池也是污水深度處理中去除氨氮的有效工藝。因此,以純氧代替空氣曝氣越來越多的受到人們的關注。至2008年中國醫(yī)院廢水總量達1.29×106m3/d,醫(yī)院廢水有來自診療、化驗、研究室等各種不同類別的污水,含重金屬、消毒劑、有機溶劑、酸、堿以及抗生素等,重金屬和難生物降解的有機污染物是致癌、致畸、致突變物質,這些物質排入環(huán)境中將對環(huán)境產生長遠影響;而消毒劑、抗生素等物質又會影響活性污泥法細菌的培養(yǎng)以致影響污水處理效果。因此,根據醫(yī)療廢水水質特點和純氧曝氣的特點,采用純氧曝氣處理醫(yī)療廢水可以預處理氧化有害物質、有效培養(yǎng)好氧菌、提高污染物質去除率、減少污泥產量。1純氧呼吸機和其特征1.1水質、水質及氧的飽和濃度深度根據菲克定律,物質擴散的速率與其濃度是成正比的,再由雙膜理論得到氧氣溶解過程中的擴散速度No可以由傳質速率方程式表達:N0=KLa(Cs?C)mg/(L?h)Ν0=ΚLa(Cs-C)mg/(L?h)式中:Cs為氧的飽和濃度,C為氧氣在水中的實際濃度;KLa為傳質總系數(shù),它是溫度、水質及氣液混合強度的函數(shù)。(dcdt)w=(Kla)w(βCS?C)(KLa)W=α(KLa)(dcdt)w=(Κla)w(βCS-C)(ΚLa)W=α(ΚLa)式中:β為比例系數(shù),其值小于1,與水中雜質種類及含量有關。對于醫(yī)院污水來說,雜質含量較高,氧氣溶解度較小。α為比例系數(shù),其值也與雜質種類有關。影響氧轉移的因素有:氧的飽和濃度Cs、水溫、廢水性質。本實驗研究的醫(yī)院廢水含有一些表面物質和有害物質,其對氧的轉移產生影響,故利用純氧的高濃度特性可以得到較高的氧擴散速率,保證處理過程中足夠的需氧量。目前認為在混合液中主要是氧先溶于溶液中,然后由生物細胞自溶液中抽提出去。其轉移過程見圖1。1.2氧法水處理工作原理活性污泥中起主要作用的好氧化能異養(yǎng)菌,大都以分子作為最終受體,分解氧化污水中有機廢物。純氧池內養(yǎng)料充足,菌膠團中的每一個好氧菌和兼性菌都能得足夠的氧和養(yǎng)料。所以好氧菌及兼性菌生長繁殖快,成為污泥中的優(yōu)勢種,而微氧菌如球衣細菌等絲狀菌受到抑制,在顯微鏡下,純氧曝氣池中菌膠團細小密實,絲狀菌較少(見圖2)。純氧曝氣活性污泥法和普通的活性污泥法相比發(fā)生了質的變化。污泥形態(tài):菌膠團細小,密實;污泥菌膠團數(shù)目增多,總面積增大;污泥微生物組成:絲狀菌少,游泳型纖毛蟲多,輪蟲少;污泥新陳代謝能力:酶的活性增強,物質能量代謝加快;純氧曝氣其強氧化性能夠在一定程度上使得抗生素的環(huán)狀母體結構斷裂,這種氧化性與Fenton法預處理醫(yī)院廢水的作用相似,有利于活性污泥的培養(yǎng);此外純氧曝氣產生的廢氣量少,能夠起到防臭脫臭的效果。多數(shù)現(xiàn)場實驗研究表明,在整個系統(tǒng)有機物負荷低的條件下處理生活污水時,純氧和空氣活性污泥系統(tǒng)出水的效果基本上是一樣的。然而,在許多工業(yè)廢水或城市與工業(yè)廢水兼有的廢水中,如醫(yī)院廢水,存在重金屬、絡合陽離子和難降解有機物的情況下,會干擾細胞的新陳代謝,破壞了細菌最初的氧化能力,在生物團絮凝良好的負荷下,這些物質會使系統(tǒng)在生物動力學上受到控制。在這種情況下,出水水質直接取決于系統(tǒng)中活的好氧微生物的數(shù)量,并因而直接取決于氧在生物絮體顆粒內的滲透程度。使用純氧曝氣的較強氧化性能夠對有害物質有一定的抑制作用,并且在很大程度上保證了在難于降解的物質干擾下,使得絮體顆粒能夠較強的好氧活性。2醫(yī)院污水和生活污水的主要污染物含量及排放標準實驗以某醫(yī)院污水站純氧曝氣A/O工藝+變速生物濾池組合工藝為研究對象,缺氧—好氧生物處理中的缺氧段和好氧段有機地結合起來,利用缺氧段中反硝化菌的反硝化作用實現(xiàn)脫氮作用,利用好氧段中好氧菌對有機污染物質高效去除作用實現(xiàn)對有機污染物的去除。考慮到用地緊張以及對醫(yī)院環(huán)境的影響,污水處理站建為地下式。污水水量變化大,時變化系數(shù)取Kh=1.5;污水量為4800m3/d,污水站工藝流程如圖3。設計進出水水質(均值)及排放標準見表1。醫(yī)院污水與普通生活污水水質區(qū)別在于:醫(yī)院污水中的BOD5,CODCr,懸浮物含量小于生活污水,造成這種差別的原因主要是醫(yī)院人均用水量大于生活用水量。經統(tǒng)計學檢驗,醫(yī)院污水和生活污水的生物學、理化污染指標無統(tǒng)計學差異,即醫(yī)院污水和生活污水的生物性污染無顯著差別,只是在致病菌和抗生素等毒害物質含量上有差別。對于類似生活污水性質的醫(yī)院綜合污水采用生物法處理效果明顯,在生化單元能夠保持較高的生物持有量,可以去除大量的有機物。典型A/O工藝有6個主要控制變量:曝氣量、內循環(huán)回流量、剩余污泥排量、污泥回流量、和外碳源投加量,溶氧量影響底物的降解速率,純氧曝氣池內溶解氧為可調因素,考察其變化對出水水質的影響。由之前單因素試驗得到較優(yōu)的水力停留時間3h,內回流比200%說,考慮到污泥膨脹等異常狀況,通過調節(jié)曝氣量控制好氧池內的DO分別為1.0mg/L,2.0mg/L,3.0mg/L左右,(因現(xiàn)場調控,只能得到一個范圍故1.6～2.5定為2.0mg/L的范圍,2.5～3.5定為3.0mg/L的范圍)進行逐天監(jiān)測,考察不同DO值,對污染物去除效果的影響(由于現(xiàn)場長期試驗進水TP含量小,且能穩(wěn)定達標,故不作為考察指標),主要考察指標為CODCr,NH3-N,TN的去除率,從而確定最佳溶解氧條件。其中CODCr,NH3-N,TN分別采用重鉻酸鉀法、納氏試劑光度法、過硫酸鉀氧化紫外分光光度法測定。3試驗結果的分析3.1試驗結果1tn的去除效果mg/L時,出水CODcr,NH3-N,TN平均去除率分別為61%,25%,36%;其中去除率波動較大點處與DO波動有關,現(xiàn)場制氧機壓力周期不穩(wěn)定(如圖4)。2溶解氧略高對各指標的去除效果的影響mg/L,CODCr,NH3-N,TN平均去除率分別為74%,39%,44%。圖中6,7,8點當溶解氧略高于2mg/L時,各指標的去除效果有明顯的改善。(如圖5)3溶解氧要求對各指標去除效果的影響mg/L,CODcr,NH3-N,TN平均去除率分別為73%,50%,55%;從圖中6可見,當溶解氧達到3mg/L左右的水平時候,各項指標的去除效果有明顯提高,尤其是NH3-N及TN。說明較高的溶解氧水平有利于好氧硝化細菌的生長,脫氮作用明顯。3.2溶解氧與氨氮去除率就因素溶解氧的變化對3個考察指標進行方差分析,可得出溶解氧對考察指標的影響是否顯著(見表2-表4)。從表2,3,4可以看出,溶解氧對CODcr,NH3-N,TN去除率的影響都顯著**。在好氧池內,氧是硝化反應過程中的電子受體,由上圖4可見,在溶解氧低于2mg/L時各項指標的去除率很低,尤其是N的去除受到很大抑制,因為硝化細菌具有強烈的好氧性,低溶解氧制約了硝化作用。而去除有機物的好氧菌也是受到抑制,細菌活性不大。溶解氧為2mg/L,3mg/L水平CODcr的去除效果相當,證明去除有機物的好氧化能菌生長狀況在這樣的范圍內變化不大;而氨氮,總氮的效果明顯,可見在醫(yī)院污水含有抗菌素等殺菌物質、重金屬以及有毒有害物質污水中,使用純氧曝氣得到較高的溶解氧有利于氧化有毒有害物質,使得硝化菌和亞硝化菌生長。溶解氧與氨氮去除率線性擬合方程式為:Y=0.305x-0.256,其中相關系數(shù)R為0.895(如圖8);溶解氧與CODcr去除率線性擬合方程:Y=0.255x+0.017,其中相關系數(shù)R為0.959(如圖9);溶解氧與CODcr去除率線性擬合線性相關性較好,一定程度上說明了,純氧對好氧化能菌的培養(yǎng)有效,對CODcr的去除有優(yōu)勢。4純氧曝氣池內的溶解氧對cocdr和亞硝化菌生長和去除率的影響1)在醫(yī)院污水含有抗菌素等殺菌物質、重金屬以及有毒有害物質的情況下,使用純氧曝氣得到較高的溶解氧有利