極低溫度下兩級(jí)曝氣生物濾池的運(yùn)行特性
【純水設(shè)備http://m.creativeimagessc.com】1 試驗(yàn)工藝由于大量工業(yè)廢水和生活污水的排入，官廳水庫入庫水的有機(jī)物和氨氮濃度接近于一般城市污水。若采用單級(jí)BAF同時(shí)去除有機(jī)物和氮化合物則存在自養(yǎng)菌和異養(yǎng)菌對(duì)空間和氧氣的競爭，當(dāng)進(jìn)水有機(jī)物負(fù)荷和氮化合物濃度高時(shí)難以實(shí)現(xiàn)對(duì)氮化合物的有效去除，所以采用兩級(jí)BAF對(duì)官廳水庫入庫水進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)。
濾池(柱)高均為3m，直徑為20cm。BAFⅠ和BAFⅡ的濾料層凈高分別為1.2、1.3m，陶粒濾料粒徑為2～5mm，BAFⅠ、BAFⅡ中的DO濃度分別維持在2、4.5mg/L左右，水溫都為1℃以下，整個(gè)試驗(yàn)裝置安裝于一農(nóng)房內(nèi)，因受試驗(yàn)條件限制，只能用泵把適量原水(入庫水)注入儲(chǔ)備水箱后連續(xù)運(yùn)行，儲(chǔ)備水箱的水每天更換一次。
兩級(jí)BAF工藝流程見圖1。
2 結(jié)果與討論
2.1 不同水力負(fù)荷下的去除效果
試驗(yàn)開始時(shí)在較低水力負(fù)荷［2m3/(m2·h)］下運(yùn)行，結(jié)果見表1。
表1 低水力負(fù)荷時(shí)的去除效果 mg/L
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項(xiàng) 目 |
原水 |
BAFⅠ出水 |
BAFⅡ出水 |
|
高錳酸鹽指數(shù) |
37.2 |
27.0 |
24.0 |
|
氨氮 |
18.7 |
12.4 |
3.1 |
|
NO2-N |
0.61 |
0.14 |
0.00 |
BAFⅠ主要去除有機(jī)物，對(duì)氨氮的去除較少，而BAFⅡ主要去除氨氮，對(duì)有機(jī)物的去除作用很弱，這是因?yàn)樵?jīng)過BAFⅠ處理后剩下的有機(jī)物較難進(jìn)行生物降解。另外，水溫很低且水力負(fù)荷也較低時(shí)兩級(jí)BAF仍能較有效地去除有機(jī)物和氨氮。
考慮到實(shí)際工程的需要，低水力負(fù)荷運(yùn)行一段時(shí)間后提高負(fù)荷至4m3/(m2·h)，運(yùn)行結(jié)果見表2。
表2 提高水力負(fù)荷后的運(yùn)行效果 mg/L
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項(xiàng) 目 |
原水 |
BAFⅠ出水 |
BAFⅡ出水 |
|
高錳酸鹽指數(shù) |
34.0 |
29.0 |
27.2 |
|
氨氮 |
21.0 |
18.3 |
13.3 |
|
NO2-N |
0.46 |
0.27 |
0.00 |
從表2可以看出，水力負(fù)荷提高后對(duì)有機(jī)物和氨氮的去除率降低，由于兩級(jí)BAF中DO濃度很高(不是限制性因子)，故去除率降低的原因可能是低溫條件下BAF中的生物膜活性很低而難以有效地去除污染物所致。有資料表明，溫度＞10℃、進(jìn)水氨氮為24mg/L、水力負(fù)荷在4～10m3/(m2·h)變化時(shí)，水力負(fù)荷不是硝化效率的限制因子，水力負(fù)荷的提高反而促進(jìn)了硝化效率的提高，整個(gè)過程中氨氮去除率為80%～100%且較穩(wěn)定，這是因?yàn)楦咚ω?fù)荷促進(jìn)了基質(zhì)和生物量的均勻分布，使液體和生物量之間的物料傳遞得到強(qiáng)化，同時(shí)濾料也發(fā)生一定程度的膨脹，進(jìn)一步強(qiáng)化了物料傳遞，因而提高了硝化效率［1］，但此試驗(yàn)表明，當(dāng)水溫很低時(shí)水力負(fù)荷的提高會(huì)大大降低氨氮和有機(jī)物的去除效率。
2.2 模擬沖擊負(fù)荷試驗(yàn)
?、?span> 亞硝酸鹽沖擊
為了考察兩級(jí)BAF在水力負(fù)荷為4m3/(m2·h)時(shí)對(duì)亞硝酸鹽的去除能力，向儲(chǔ)備水箱的原水中加入大量亞硝酸鈉，充分混勻后連續(xù)運(yùn)行3h取樣分析，結(jié)果見表3。
表3 亞硝酸鹽沖擊時(shí)的去除效果 mg/L
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項(xiàng) 目 |
原水 |
BAFⅠ出水 |
BAFⅡ出水 |
|
氨氮 |
26.0 |
23.7 |
15.9 |
|
NO2-N |
4.79 |
3.52 |
0.51 |
各級(jí)BAF對(duì)亞硝酸鹽的實(shí)際去除量大于亞硝酸菌(Nitrosomonas)氧化氨氮而生成的亞硝酸鹽量，即各級(jí)BAF中生物膜內(nèi)的硝酸菌(Nitrobacter)對(duì)亞硝酸鹽的總?cè)コ芰Ω哂趤喯跛峋?span>(Nitrosomonas)轉(zhuǎn)化氨氮的總能力，這可能是在極低溫度(低于1℃)條件下硝酸菌的活性高于亞硝酸菌活性的緣故。
?、?span> 有機(jī)物沖擊
低溫不可避免地將嚴(yán)重影響異養(yǎng)菌的活性，因而各級(jí)BAF(特別是BAFⅠ)對(duì)有機(jī)物的去除能力也受到嚴(yán)重抑制。為考察在水力負(fù)荷為4m3/(m2·h)、BAFⅠ和BAFⅡ中的DO分別維持在2和4mg/L左右時(shí)各級(jí)BAF對(duì)有機(jī)物的最大去除能力，用葡萄糖進(jìn)行了對(duì)有機(jī)物的沖擊試驗(yàn)，因?yàn)橥ǔＵJ(rèn)為葡萄糖有很好的生化性而極易被生物降解。具體操作過程是：先分別測定原水、BAFⅠ出水和BAFⅡ出水中有機(jī)物濃度，然后再向儲(chǔ)備水箱原水內(nèi)加入大量葡萄糖，充分混勻連續(xù)運(yùn)行3h后取樣分析，結(jié)果見表4。
表4 對(duì)高錳酸鹽指數(shù)的去除效果 mg/L
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項(xiàng) 目 |
原水 |
BAFⅠ出水 |
BAFⅡ出水 |
|
未受有機(jī)物沖擊 |
40 |
36 |
34.5 |
|
受有機(jī)物沖擊 |
86 |
77 |
75 |
由表4可知，未受有機(jī)物沖擊時(shí)BAFⅠ和BAFⅡ分別去除了4、1.5mg/L有機(jī)物(以高錳酸鹽指數(shù)表示)；受有機(jī)物沖擊時(shí)BAFⅠ和BAFⅡ分別去除了9、2mg/L有機(jī)物。由于葡萄糖溶液具有易生物降解的特性，可以認(rèn)為受葡萄糖沖擊時(shí)去除的有機(jī)物基本為葡萄糖，則BAFⅠ和BAFⅡ?qū)τ袡C(jī)物的最大去除能力分別為9、2mg/L，即在同樣運(yùn)行條件下兩級(jí)BAF最多只能去除原水中11mg/L有機(jī)物。通常情況下，由于原水中有機(jī)物的可生物降解性比葡萄糖溶液的可生物降解性差，在一定水力停留時(shí)間內(nèi)不易很快被生物降解，因而兩級(jí)BAF的最終出水中仍含有許多可生物降解成分，這主要是由于低溫限制了一系列與有機(jī)物生物降解有關(guān)的酶的活性，特別是胞外水解酶的活性。
2.3 BAF內(nèi)污染物沿柱高的變化規(guī)律
考察了水力負(fù)荷為4m3/(m2·h)時(shí)BAF內(nèi)污染物沿柱高的變化規(guī)律(分別見表5、6)。
表5 BAFⅠ內(nèi)污染物沿柱高的變化規(guī)律 mg/L
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項(xiàng)目 |
BAFⅠ進(jìn)水 |
距進(jìn)水端0.1m處 |
距進(jìn)水端0.6m處 |
距進(jìn)水端1.1m處 |
距進(jìn)水端1.2m處(出水端) |
|
高錳酸鹽指數(shù) |
35.2 |
34 |
29.6 |
28.4 |
28 |
|
氨氮 |
21.7 |
21.7 |
21.3 |
20.3 |
19.0 |
|
NO2-N |
1.90 |
1.90 |
1.85 |
0.88 |
0.71 |
表6 BAFⅡ內(nèi)污染物沿柱高的變化規(guī)律mg/L
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項(xiàng)目 |
BAFⅡ進(jìn)水 |
距進(jìn)水端0.1m處 |
距進(jìn)水端0.6m處 |
距進(jìn)水端1.1m處 |
距進(jìn)水端1.3m處(出水端) |
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高錳酸鹽指數(shù) |
28.0 |
27.2 |
26.0 |
26.0 |
26.0 |
|
氨氮 |
19.0 |
19.0 |
14.8 |
13.3 |
13.0 |
|
NO2-N |
0.71 |
0.71 |
0.28 |
0.10 |
0.01 |
BAFⅠ中進(jìn)水端和距進(jìn)水端0.6m處濾料層對(duì)有機(jī)物去除較多，后面剩余0 .6m高濾料層去除的有機(jī)物較少，這主要是因?yàn)樵幸咨锝到獾男》肿映煞忠驯磺懊?span>0.6m高的濾料層利用，剩下的大分子有機(jī)物需經(jīng)一系列復(fù)雜的水解反應(yīng)才能被微生物利用和去除，而水解酶的活性卻受到低溫的嚴(yán)重抑制，因而在有限的水力停留時(shí)間內(nèi)后面剩余0.6m高濾料層去除的有機(jī)物較少。此外，由于長期的馴化作用導(dǎo)致距進(jìn)水端較近的濾料層生物膜較厚，使異養(yǎng)菌成為優(yōu)勢微生物，其水解酶含量也較高，因而能較有效地去除有機(jī)物；而距進(jìn)水端較遠(yuǎn)的濾料層生物膜中優(yōu)勢菌除異養(yǎng)微生物外，自養(yǎng)菌也逐漸成為優(yōu)勢菌，該處的生物膜中異養(yǎng)菌數(shù)量比距進(jìn)水端較近的濾料層生物膜中異養(yǎng)菌數(shù)量少得多，水解酶含量也少，因而去除有機(jī)物的能力較差。
在BAFⅠ進(jìn)水端有機(jī)物濃度高，原水中易生物降解的成分也較多，異養(yǎng)菌生長快而自養(yǎng)菌得不到充分生長，故異養(yǎng)微生物成為優(yōu)勢菌,有機(jī)物濃度沿柱高逐漸降低(特別是易生物降解的小分子有機(jī)物已被利用)；在出水端異養(yǎng)菌生長受到限制，通過附著生長的自養(yǎng)菌(如硝化細(xì)菌)占優(yōu)勢,氨氮被硝化。
從表6可以看出，在BAFⅡ中只有距進(jìn)水端較近的一部分濾料層(約0.6m)對(duì)有機(jī)物有去除作用，而氨氮主要是被距進(jìn)水端0.6 m內(nèi)濾料層中的自養(yǎng)微生物降解，而后面0.7m濾料層對(duì)氨氮的去除有限，這主要是由于入庫水氨氮濃度在夏、秋兩季較低(一般低于10mg/L),因而經(jīng)過長期馴化作用形成的自養(yǎng)微生物量也有限，特別是BAFⅡ中自養(yǎng)微生物形成的生物膜基本只在距進(jìn)水端0.6m內(nèi)濾料層形成，進(jìn)入冬季后由于排污量突增，而入庫水量變小，氨氮濃度突然上升，雖然經(jīng)過近兩個(gè)月的低溫馴化，但增加的自養(yǎng)微生物量有限，故后面的0.7m濾料層對(duì)氨氮的去除作用也較弱。
雖然進(jìn)水亞硝酸鹽濃度較高，但亞硝酸鹽濃度在各級(jí)柱內(nèi)沿高程逐漸降低且未發(fā)現(xiàn)有亞硝酸鹽的積累，這也同樣反映了各級(jí)BAF中生物膜內(nèi)的硝酸菌對(duì)亞硝酸鹽的總?cè)コ芰Ω哂趤喯跛峋D(zhuǎn)化氨氮的總能力，即在低溫條件下亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化成硝酸鹽不再是完全硝化反應(yīng)的限制步驟。
3 結(jié)論和建議
采用曝氣生物濾池在低溫下處理官廳水庫入庫水的探索性試驗(yàn)表明，有機(jī)物和氨氮的去除受到了低溫的嚴(yán)重抑制，亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化成硝酸鹽不再是完全硝化反應(yīng)的限制步驟。在低溫條件下水力負(fù)荷的提高會(huì)導(dǎo)致有機(jī)物和氨氮去除率的下降，這與國外學(xué)者在較高水溫條件下得出的結(jié)論相反。
由于官廳水庫入庫水在冬季時(shí)的水質(zhì)與一般城市污水相似，故該試驗(yàn)也填補(bǔ)了兩級(jí)曝氣生物濾池在低溫下處理城市污水的空白，并為其用于寒冷地區(qū)(特別是我國北方)的城市污水處理提供了第一手資料。純水設(shè)備，工業(yè)純水設(shè)備, 蘇州水處理設(shè)備，醫(yī)用GMP純化水設(shè)備 ，醫(yī)用水處理設(shè)備。
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