O3-BAF聯合工藝深度處理生活污水二級出水的研究.pdf

1、水環(huán)境污染和水資源短缺加速了污水深度處理與回用的研究。城市污水二級處理出水水質穩(wěn)定、水量大，是良好的第二水源。生活污水經過二級生化處理后，一般懸浮物顆粒微小、濃度低，溶解性污染物大多為難生物降解有機物。即使如此，由于生物法（如生物膜法）仍然是目前最經濟的污水處理方式，這使得人們仍不放棄將生物法作為組合工藝（如與化學法組合）的一部分來對其進行深度處理以實現再生回用。針對現行深度處理工藝存在的去除效率低、占地面積大等問題，在對生活污水二級出

2、水的水質特性進行系統(tǒng)分析的基礎上，提出了臭氧預氧化/曝氣生物濾池（ozonation/biologicalaereatedfilter,O3/BAF）聯合工藝，并考察了該聯合工藝的長期運行效果、工藝參數和影響因素，并對臭氧預氧化有機物的反應動力學、后續(xù)BAF凈化有機物的機理、生物膜特性等進行了探討與分析。
　　二級出水的水質特性分析結果表明，溶解態(tài)COD占78.17-86.54％；懸浮物中有機組分占總物質含量的75.54-89.9

3、3%；二級出水中大約80%的顆粒分布在2-6.84μm之間。二級出水中分子量（MW）小于1kDalton的有機物占56.3-62.8%。二級出水的可生化性較差，BDOC僅占DOC的15.5-26%。溶解性有機物和懸浮物（SS）中有機物的GC/MS分析結果表明，具有環(huán)狀結構的化合物分別占各自總化合物的58%和35%。從結構上看，大多為難降解有機物。上述分析表明，溶解性有機污染物是生活污水二級出水深度處理的主要目標，但由于其可生化性差，采用

4、化學預氧化提高后續(xù)BAF的處理效率十分必要。
　　研究了臭氧氧化二級出水的特性。在臭氧投量為10mg/L、接觸時間為4min情況下，單獨臭氧氧化對二級出水的COD、TOC、UV254和色度的去除率分別為25.7%和16.5%、69.3和79.2%；臭氧預氧化使二級出水的可生化性顯著提高：使MW<1kDalton的有機物的比例由52%提高到72.6%、使BDOC從1.08mg/L提高到2.6mg/L。
　　建立了臭氧預氧化/曝

5、氣生物濾池（O3/BAF）聯合工藝。實驗發(fā)現，臭氧預氧化能夠提高二級出水的可生化性，促進后續(xù)BAF的生物膜生長，提高生物活性，進而強化BAF的除污染效能。臭氧預氧化與曝氣生物濾池具有協同作用，O3/BAF對有機物總量的去除率比單獨O3和BAF去除率之和高7-10%；O3/BAF對TOC、UV254、色度的去除效率分別為20-27%、65-75%和87-93%；此外，O3/BAF出水中MW<1kDalton的有機物比例明顯降低。BAF對水

6、力負荷、pH等條件具有較好的適應性。O3/BAF對NH3-N和TN的去除率分別為87-92%和13-17%，TN的去除率主要來源于厭氧氨氧化。實驗還發(fā)現，溫度、NH3-N負荷和pH是影響NH3-N去除的重要因素。在一定溫度范圍內，溫度升高，NH3-N去除率升高；NH3-N負荷增加去除率降低。亞硝化作用最佳pH范圍為7.3-7.9，硝化作用的最佳pH范圍為6.75-7.5。氮平衡分析表明，供氧受限時，NH3-N被好氧氨氧化菌氧化成NO2-

7、N，然后在生物膜的厭氧區(qū)由厭氧氨氧化菌再將NH3-N和NO2-N氧化為N2，同時產生少量NO3-N。上述過程是氮流失的主導原因。
　　氣-水聯合反沖洗能夠有效地去除濾層中的懸浮物和多余的非活性生物膜。適當控制反沖洗強度和時間，反沖洗對有機物去除、硝化作用僅有輕微影響，反沖洗結束后BAF凈化效能能較快地恢復到正常水平。
　　臭氧氧化水中有機物的動力學分析認為，臭氧與有機物的氧化反應在0-1.6、1.6-16、16-30min范

8、圍內均呈一級動力學反應，各階段反應速率常數分別為0.0241、0.00296和0.000732(L·mg-1·min-1)。
　　在實驗和理論分析的基礎上，總結提出了曝氣生物濾池降解有機物是生物氧化、過濾截留、生物絮凝和食物鏈分級捕食綜合作用的結果。觀察發(fā)現，進水端生物膜較厚，顏色較深，填料的空隙較??；隨著濾層高度增加，生物膜逐漸變薄，顏色逐漸變淺。整個系統(tǒng)中活躍著大量的桿菌、絲狀菌、鐘蟲、藻類、球菌等。進水端、中間段和出水端生物

9、膜表面形態(tài)結構、種群組成等各有特點，異養(yǎng)菌和硝化菌分布與有機物去除和硝化作用規(guī)律一致。
　　建立了基于有機物濃度和反應器高度兩參數的有機物生物降解動力學模型，并根據實驗數據進行了線性回歸分析，計算得出了模型總體運行常數和填料特性常數，并驗證了模型的實用性，該模型可為實際工程提供一定的設計參考。
　　研究結果表明，臭氧預氧化/曝氣生物濾池聯合工藝對生活污水二級出水具有良好的凈化效能，工藝出水的COD、NH3-N低于20mg/L