側(cè)向流曝氣生物濾池處理生活污水的特性及其除磷脫氮效能研究

側(cè)向流曝氣生物濾池處理生活污水的特性及其除磷脫氮效能研究從20世紀(jì)80年代以來,曝氣生物濾池在全世界污水處理領(lǐng)域得到了廣泛的研究和使用。目前,為中小城鎮(zhèn)開發(fā)低耗、高效的城市污水處理工藝是我國污水處理技術(shù)研究領(lǐng)域亟待解決的重大課題。本研究是在吸取傳統(tǒng)曝氣生物濾池運(yùn)行機(jī)理的基礎(chǔ)上,將污水以側(cè)向流方式引入曝氣生物濾池,開發(fā)并制作了側(cè)向流曝氣生物濾池(LBAF)反應(yīng)器,為解決這一問題提供了新的思路。它的特點(diǎn)是濾池整體采用推流方式,曝氣方式及填料填裝方式靈活,可針對(duì)不同的處理要求,通過改變曝氣位置、強(qiáng)度和填料填裝方式,實(shí)現(xiàn)在同一濾池內(nèi)完成厭氧和好氧反應(yīng)。本文主要研究了LBAF反應(yīng)器的水力混合特性;以及不同運(yùn)行模式對(duì)去除生活污水中有機(jī)物、懸浮物、磷和氮的影響;研究了采用改性沸石吸附除磷的方法,并對(duì)其除磷機(jī)理進(jìn)行了研究;通過分析測(cè)定濾池內(nèi)生物量、生物活性、微生物分布,探討了LBAF反應(yīng)器中的生物膜特征。水力學(xué)混合特性試驗(yàn)表明,LBAF反應(yīng)器的流態(tài)介于全混流和平推流之間,偏于平推流。經(jīng)理論分析得出,該流態(tài)有利于生物種群的空間分布,保證了反應(yīng)器的容積利用率,提高了處理效能。應(yīng)用擴(kuò)散模型,建立了LBAF的水力混合模型為:LBAF同步硝化與反硝化運(yùn)行試驗(yàn)表明,LBAF反應(yīng)器運(yùn)行穩(wěn)定,抗沖擊負(fù)荷能力較強(qiáng);COD、SS、氨氮、總氮和總磷的去除率隨水力負(fù)荷增加而下降,但SS、COD平均去除率下降幅度較小;氨氮、總氮平均去除率隨水力負(fù)荷的增加變化較明顯;總磷的去除率低且變化較小。氣水比從7:1升高到10:1時(shí),COD的去除率有一定提高,氣水比大于10:1后,COD的去除率增加緩慢,并趨于穩(wěn)定;氣水比從7:1增加到10:1時(shí),SS的去除率變化較小,當(dāng)氣水比超過10:1會(huì)造成出水SS增加;當(dāng)氣水比由7:1增加到10:1時(shí),氨氮的去除率可顯著提高,而總氮的去除率在氣水比7:1增加到10:1時(shí)增加不多,氣水比大于10:1后總氮的去除率增加更不明顯;氣水比7:1增加到10:1時(shí),濾池對(duì)磷的去除率有所提高,但氣水比大于10:1后,總磷去除率變化不大。通過對(duì)濾池內(nèi)含氮化合物的空間分布、生物耗氧速率以及底物轉(zhuǎn)化速率和微生物數(shù)量的監(jiān)測(cè)表明,側(cè)向流曝氣生物濾池內(nèi)存在同步硝化與反硝化。試驗(yàn)中將水頭損失增高而導(dǎo)致出水氨氮濃度突升的運(yùn)行點(diǎn)作為運(yùn)行的終點(diǎn),開始進(jìn)行反沖洗。由此得出的運(yùn)行周期較傳統(tǒng)的BAF長,這得益于“S”形小阻力槽的作用和LBAF反應(yīng)器填料采用從進(jìn)口到出口的粒徑級(jí)配由大到小的放置方式,這提高了整個(gè)濾池的納污能力。因此,LBAF在運(yùn)行過程中水頭損失增加緩慢,不易堵塞。LBAF前置反硝化工藝運(yùn)行試驗(yàn)表明,LBAF前置反硝化工藝具有較好的除碳、脫氮效果。溶解氧是限制前置反硝化工藝在LBAF中去除TN的關(guān)鍵因素。由于缺氧/好氧區(qū)容積比為1:6.4時(shí)比容積比為1:4.0時(shí)的溶解氧高,因此采用缺氧/好氧區(qū)容積比為1:4.0,更有利于反應(yīng)器前段反硝化反應(yīng)的完成。當(dāng)回流比從1:1上升到2:1時(shí),TN的去除率變化不大?；亓鞅鹊母淖儗?duì)COD和NH3-N的去除效果影響不大。通過對(duì)同步硝化反硝化脫氮工藝和前置反硝化脫氮工藝的比較研究表明,如果沒有脫氮要求,尤其是當(dāng)原水中COD濃度較低時(shí),可采用同步硝化反硝化工藝。如果有脫氮要求,應(yīng)采用前置反硝化工藝。如果原水COD濃度較高,即使沒有脫氮要求,仍可選擇前置反硝化工藝。由于回流水的稀釋,前置反硝化工藝去除COD、NH3-N和TN的穩(wěn)定性遠(yuǎn)高于同步硝化反硝化工藝。改性沸石吸附除磷試驗(yàn)是針對(duì)沸石的結(jié)構(gòu)特征,將破碎至0.3～0.6mm的沸石,按質(zhì)量比沸石:硫酸鎂:硫酸鋁為2:2:l,用NaOH調(diào)節(jié)pH至8,攪拌30min,蒸發(fā)成固態(tài)物質(zhì),將此固態(tài)物質(zhì)在300℃下恒溫焙燒1h,制得改性沸石吸附劑,將制得的改性沸石置于吸附柱中吸附污水中的磷。改性沸石飽和后,采用30mL5%NaOH+30mL5%Na2CO3溶液作為再生液,使改性沸石再生。改性沸石反復(fù)再生4次后,吸附容量基本維持穩(wěn)定。改性沸石小型吸附動(dòng)態(tài)試驗(yàn)表明,在流速為0.41m/h,初始磷酸鹽濃度分別為6.4mg/L和3.5mg/L時(shí),運(yùn)行至穿透點(diǎn)的累計(jì)處理水量分別為518.4倍吸附劑體積和1022.3倍吸附劑體積;在初始磷酸鹽濃度為6.4mg/L,流速為0.35m/h時(shí),運(yùn)行至穿透點(diǎn)的累計(jì)處理水量為653.3倍吸附劑體積。通過對(duì)改性沸石吸附除磷機(jī)理的探討認(rèn)為,在吸附過程中,離子交換作用力、色散力和毛細(xì)力共同作用產(chǎn)生對(duì)污水中磷的吸附。通過對(duì)LBAF反應(yīng)器中填料表面生物量和生物活性的測(cè)定可知,反應(yīng)器運(yùn)行周期內(nèi)生物量從A段到B段呈明顯的減少趨勢(shì),異養(yǎng)菌也逐漸轉(zhuǎn)變自養(yǎng)菌,濾池的生物膜活性變化不大。對(duì)生物膜和生物相的觀察表明,由A段到B段生物膜逐漸變薄,顏色也