O3-BAF聯(lián)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(zhì)穩(wěn)定、水量大，是良好的第二水源。生活污水經(jīng)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(jī)物。即使如此，由于生物法（如生物膜法）仍然是目前最經(jīng)濟(jì)的污水處理方式，這使得人們?nèi)圆环艞墝⑸锓ㄗ鳛榻M合工藝（如與化學(xué)法組合）的一部分來對其進(jìn)行深度處理以實(shí)現(xiàn)再生回用。針對現(xiàn)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(zhì)特性進(jìn)行系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，提出了臭氧預(yù)氧化/曝氣生物濾池（ozonation/biologicalaereatedfilter,O3/BAF）聯(lián)合工藝，并考察了該聯(lián)合工藝的長期運(yùn)行效果、工藝參數(shù)和影響因素，并對臭氧預(yù)氧化有機(jī)物的反應(yīng)動力學(xué)、后續(xù)BAF凈化有機(jī)物的機(jī)理、生物膜特性等進(jìn)行了探討與分析。
　　二級出水的水質(zhì)特性分析結(jié)果表明，溶解態(tài)COD占78.17-86.54％；懸浮物中有機(jī)組分占總物質(zhì)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(jī)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(jī)物和懸浮物（SS）中有機(jī)物的GC/MS分析結(jié)果表明，具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的化合物分別占各自總化合物的58%和35%。從結(jié)構(gòu)上看，大多為難降解有機(jī)物。上述分析表明，溶解性有機(jī)污染物是生活污水二級出水深度處理的主要目標(biāo)，但由于其可生化性差，采用

4、化學(xué)預(yù)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(dú)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(yù)氧化使二級出水的可生化性顯著提高：使MW<1kDalton的有機(jī)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(yù)氧化/曝

5、氣生物濾池（O3/BAF）聯(lián)合工藝。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，臭氧預(yù)氧化能夠提高二級出水的可生化性，促進(jìn)后續(xù)BAF的生物膜生長，提高生物活性，進(jìn)而強(qiáng)化BAF的除污染效能。臭氧預(yù)氧化與曝氣生物濾池具有協(xié)同作用，O3/BAF對有機(jī)物總量的去除率比單獨(dú)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(jī)物比例明顯降低。BAF對水

6、力負(fù)荷、pH等條件具有較好的適應(yīng)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(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，溫度、NH3-N負(fù)荷和pH是影響NH3-N去除的重要因素。在一定溫度范圍內(nèi)，溫度升高，NH3-N去除率升高；NH3-N負(fù)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(chǎn)生少量NO3-N。上述過程是氮流失的主導(dǎo)原因。
　　氣-水聯(lián)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(dāng)控制反沖洗強(qiáng)度和時間，反沖洗對有機(jī)物去除、硝化作用僅有輕微影響，反沖洗結(jié)束后BAF凈化效能能較快地恢復(fù)到正常水平。
　　臭氧氧化水中有機(jī)物的動力學(xué)分析認(rèn)為，臭氧與有機(jī)物的氧化反應(yīng)在0-1.6、1.6-16、16-30min范

8、圍內(nèi)均呈一級動力學(xué)反應(yīng)，各階段反應(yīng)速率常數(shù)分別為0.0241、0.00296和0.000732(L·mg-1·min-1)。
　　在實(shí)驗(yàn)和理論分析的基礎(chǔ)上，總結(jié)提出了曝氣生物濾池降解有機(jī)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(jié)果。觀察發(fā)現(xiàn)，進(jìn)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(jìn)水端、中間段和出水端生物

9、膜表面形態(tài)結(jié)構(gòu)、種群組成等各有特點(diǎn)，異養(yǎng)菌和硝化菌分布與有機(jī)物去除和硝化作用規(guī)律一致。
　　建立了基于有機(jī)物濃度和反應(yīng)器高度兩參數(shù)的有機(jī)物生物降解動力學(xué)模型，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了線性回歸分析，計(jì)算得出了模型總體運(yùn)行常數(shù)和填料特性常數(shù)，并驗(yàn)證了模型的實(shí)用性，該模型可為實(shí)際工程提供一定的設(shè)計(jì)參考。
　　研究結(jié)果表明，臭氧預(yù)氧化/曝氣生物濾池聯(lián)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