立體循環(huán)一體化氧化溝處理城市污水的試驗(yàn)研究
氧化溝是一種經(jīng)濟(jì)而有效的污水處理技術(shù)，具有穩(wěn)定的處理效果。自二十世紀(jì)50年代出現(xiàn)以來(lái)，經(jīng)過(guò)工藝和曝氣設(shè)備等方面的無(wú)數(shù)次改進(jìn)，已成為主要污水生物處理技術(shù)之一。特別是用于污水生物脫氮，氧化溝比其它生物脫氮工藝具有費(fèi)用低、TN去除效率高的優(yōu)勢(shì)。然而，與活性污泥法相比，氧化溝占地面積大，因此，在土地昂貴的城市或地區(qū)，氧化溝的應(yīng)用受到限制。
本研究開(kāi)發(fā)的新型立體循環(huán)一體化氧化溝既保留氧化溝設(shè)備和運(yùn)行操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，又可減少占地面積。該項(xiàng)技術(shù)已申請(qǐng)專利。本文重點(diǎn)介紹立體循環(huán)一體化氧化溝處理城市污水的試驗(yàn)研究成果。
1 工藝特點(diǎn)
本研究開(kāi)發(fā)的新型一體化氧化溝采用立體循環(huán)，并與沉淀區(qū)合建。其特點(diǎn)是：① 氧化溝的上層為好氧區(qū)，下層為缺氧區(qū)，不與大氣接觸，缺氧形成快，混合液在上下循環(huán)的過(guò)程中可完成降解有機(jī)物和硝化與反硝化的生物脫氮過(guò)程。與常規(guī)氧化溝相比，占地面積可減少約50%。② 沉淀區(qū)與氧化溝合建，沉淀的污泥可自動(dòng)回流到氧化溝內(nèi)，無(wú)需污泥回流設(shè)備，可節(jié)省投資和能耗，而且沉淀區(qū)對(duì)氧化溝內(nèi)混合液流態(tài)無(wú)任何影響。③ 結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)行操作簡(jiǎn)便。
本研究在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，試驗(yàn)裝置的有效體積為33 L。試驗(yàn)污水為城市污水，其水質(zhì)如表1所示。在試驗(yàn)期間，反應(yīng)器內(nèi)混合液的溫度隨季節(jié)而變化，基本維持在11～28℃之間。試驗(yàn)初期，處理水量為0.33L/h，并逐漸增加至6 L/h。污泥濃度保持在2.0～4.9 g/L，污泥負(fù)荷為0.08～0.14 kg·BOD5/kg·VSS·d。
表1 試驗(yàn)污水水質(zhì)特征
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在試驗(yàn)裝置內(nèi)，混合液的循環(huán)流動(dòng)由轉(zhuǎn)刷推動(dòng)。轉(zhuǎn)刷的功能一是充氧，二是使液混合循環(huán)流動(dòng)，底部不發(fā)生污泥沉積。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，當(dāng)轉(zhuǎn)刷淹沒(méi)深度確定后，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)刷轉(zhuǎn)動(dòng)速度，可以保證溝內(nèi)溶解氧濃度及水流速度的要求。試驗(yàn)運(yùn)行期間，立體循環(huán)一體化氧化溝上層DO維持在2 mg/L以上，下層保持缺氧狀態(tài)。混合液的循環(huán)流速平均為0.25 m/s，未出現(xiàn)污泥沉積現(xiàn)象。
2 結(jié)果與討論
由于氧化溝以低負(fù)荷方式運(yùn)行，因此對(duì)污水中有機(jī)物具有較高的去除效率。穩(wěn)定運(yùn)行期間，COD去除率達(dá)到95%。當(dāng)進(jìn)水COD濃度小于1000 mg/L，出水COD低于50 mg/L。對(duì)BOD5的去除率達(dá)到98%以上，出水平均BOD5濃度為5 mg/L。由此可見(jiàn)，本試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)有機(jī)物具有較高的去除效率。
在試驗(yàn)期間，沒(méi)有出現(xiàn)污泥膨脹現(xiàn)象。根據(jù)試驗(yàn)運(yùn)行結(jié)果，氧化溝內(nèi)污泥的SVI在50-260 mL/g范圍內(nèi)，進(jìn)水SS在150 mg/L左右，出水SS小于15 mg/L。
立體循環(huán)一體化氧化溝上層為好氧區(qū)，下層為缺氧區(qū)，因此混合液在循環(huán)過(guò)程中可完成生物脫氮過(guò)程。在試驗(yàn)運(yùn)行期間，試驗(yàn)系統(tǒng)內(nèi)氨氮負(fù)荷為0.011 ～ 0.02 kgNH3-N/kgVSS·d，BOD5負(fù)荷為0.08 ～ 0.12 kgBOD/kgVSS·d，進(jìn)水NH4-N濃度為45～67 mg/L，出水中NH4-N平均濃度1mg/L, NH4-N去除率達(dá)99%。進(jìn)水TN濃度為70～80mg/L，出水TN濃度為7mg/L左右，TN去除率達(dá)到90%以上。由此可見(jiàn)，本試驗(yàn)系統(tǒng)保持了常規(guī)氧化溝脫氮效果好的特點(diǎn)。
HRT是影響氧化溝去除有機(jī)污染物的主要因素之一。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)水COD濃度為480mg/L左右，水溫23 ℃時(shí)，當(dāng)HRT小于5 h時(shí)，COD去除率低于75%；隨著HRT的延長(zhǎng)，出水COD濃度迅速降低，去除效率明顯提高。當(dāng)HRT大于6 h，出水COD濃度低于50mg/L，去除率達(dá)90%以上。但HRT大于10 h后，去除率無(wú)明顯提高。因此，當(dāng)進(jìn)水COD濃度增加時(shí)，氧化溝的HRT應(yīng)相應(yīng)增加，以保證具有較高的COD去除率。此外，在本試驗(yàn)條件下，當(dāng)COD具有較高的去除效率時(shí)，總氮的去除率始終保持在90%以上。
在本試驗(yàn)系統(tǒng)內(nèi)，溫度對(duì)COD的去除效果具有一定的影響。試驗(yàn)結(jié)果可知，水溫在12～15 ℃時(shí)，COD去除率約為89%；水溫高于15 ℃，COD去除率大于90%。溫度對(duì)TN去除率的影響較明顯。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)總氮負(fù)荷≤0.08 kg TN/kg MLVSS·d，BOD5負(fù)荷為0.08-0.14 kg BOD/kg MLVSS·d時(shí)，溫度為11～13 ℃，TN去除率在75%左右；隨溫度升高，TN去除率明顯增加，溫度高于150C時(shí)，TN去除率已達(dá)到90%以上。這是因?yàn)檠趸瘻现行纬扇毖鯛顟B(tài)時(shí)，溫度對(duì)反硝化影響是非常明顯的。
3 結(jié)論
試驗(yàn)結(jié)果表明，立體循環(huán)一體化氧化溝能夠有效地去除污水中的有機(jī)污染物，COD去除率達(dá)到95%，相應(yīng)的BOD 去除率為98%。同時(shí)，由于好氧區(qū)和缺氧區(qū)的形成，有利于污水生物脫氮。在本試驗(yàn)中，當(dāng)HRT=10h，SRT=30d時(shí)，NH3-N去除率達(dá)到99%，總氮去除率90%以上。因此，采用立體循環(huán)一體化氧化溝處理城市污水是可行的。
立體循環(huán)一體化氧化溝的優(yōu)點(diǎn)是：
(1) 由于活性污泥混合液呈立體循環(huán)，故在同等處理能力下，較常規(guī)氧化溝, 可節(jié)省占地面積約50%。
(2) 污泥自動(dòng)回流，沉淀分離器置于立體氧化溝的一端，不改變主溝混合液的流態(tài)，不造成能量損失，因而更加節(jié)能，可降低運(yùn)行費(fèi)用。
(3) 整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，占地少，投資少，操作方便，并可實(shí)現(xiàn)工廠裝配化，是適合現(xiàn)階段我國(guó)中小城鎮(zhèn)及城市小區(qū)污水處理需要的新工藝。
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