城市污水處理技術(shù)
曝氣裝置的能耗約占城市污水處理廠總能耗的30%~70%，采用節(jié)能的污水處理新技術(shù)，可減少碳排放，提高現(xiàn)有廢水處理工程的經(jīng)濟(jì)性。
生物電化學(xué)系統(tǒng)(BES)是一種經(jīng)濟(jì)的和環(huán)境友好的電化學(xué)強(qiáng)化有機(jī)污染物生物降解的廢水處理新技術(shù)，它是一種可持續(xù)并“綠色”的方法，可提高污水中有機(jī)化合物的降解速率。BES的工作原理是在陽(yáng)極室厭氧環(huán)境下，有機(jī)物在微生物作用下分解并釋放出電子和質(zhì)子，電子通過(guò)傳遞介體在生物組分和陽(yáng)極之間進(jìn)行有效傳遞，并通過(guò)外電路傳遞到陰極形成電流，而質(zhì)子通過(guò)質(zhì)子交換膜或直接通過(guò)擴(kuò)散作用傳遞到陰極，氧化劑(一般為氧氣)在陰極得到電子被還原與質(zhì)子結(jié)合生成水。研究發(fā)現(xiàn)BES可以降解碳?xì)浠衔铩⒎雍推渌袡C(jī)污染物，同時(shí)還有較好的脫氮作用，對(duì)廢水中的金屬離子也有較好的去除效果。目前，BES的研究主要集中在實(shí)驗(yàn)室小試規(guī)模，而較大規(guī)模的研究還很少。
本實(shí)驗(yàn)比較一種新型漂浮電極BES和傳統(tǒng)曝氣池對(duì)于城市污水的處理效果，為BES在城市污水處理方面的實(shí)際應(yīng)用提供依據(jù)。
1實(shí)驗(yàn)裝置及方法
1.1BES實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)
圖1BES實(shí)驗(yàn)裝置
Fig.1TheBESexperimentalequipment
本實(shí)驗(yàn)構(gòu)建的新型BES裝置主體采用PVC材料制作，尺寸為3.0×1.0×1.8m，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中陰極材料是兩層不銹鋼絲網(wǎng)，面積大約為3m2，陽(yáng)極是由若干不銹鋼鋼絲絨球串聯(lián)組成，堆積體積約0.6m3。陰極和陽(yáng)極間用外包絕緣材料的不銹鋼導(dǎo)線連接，接點(diǎn)處用絕緣漆密封。在水面以上的導(dǎo)線中連接一個(gè)10Ω的電阻。
1.2實(shí)驗(yàn)方法
實(shí)驗(yàn)用水取自合肥市某城市污水處理廠集水池，COD在200~500mg/L之間。在室外按連續(xù)進(jìn)出水方式運(yùn)行，集水池污水直接用泵提升至BES反應(yīng)器，控制水力停留時(shí)間為18h，與該污水處理廠曝氣池水力停留時(shí)間相同。室外溫度在10~20℃。實(shí)驗(yàn)中，每天分別取集水池、曝氣池出水和BES出水，測(cè)定相關(guān)水質(zhì)指標(biāo)。
2結(jié)果與討論
2.1BEC產(chǎn)電情況
實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，監(jiān)測(cè)10Ω電阻兩端的電壓，如圖2。
圖2BES的輸出電壓
Fig.2ThevoltageoftheBES
可見，在不曝氣的條件下，該BES的10Ω電阻兩端最大電壓為106mV。運(yùn)行初期，系統(tǒng)的電壓較小，隨著反應(yīng)器運(yùn)行，測(cè)得電壓增大，但是在30d~35d時(shí)，BES的電壓明顯有所降低，此時(shí)BES處理效果也有所降低，是由于氣溫突降影響了微生物的活性；在40d之后，電阻兩端電壓穩(wěn)定在80~100mV之間，此時(shí)BES運(yùn)行較為穩(wěn)定，且處理效果較好。表明電阻上電壓值能間接反映BES的微生物活性和廢水處理程度。
2.2BEC裝置對(duì)污水COD的去除性能
實(shí)驗(yàn)過(guò)程中每天監(jiān)測(cè)BES進(jìn)出水的COD值，并和污水處理廠曝氣池的處理效果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如圖3和圖4。在運(yùn)行前期，BES出水COD明顯高于曝氣池出水，隨著反應(yīng)器的運(yùn)行，BEC的出水逐漸趨于穩(wěn)定；在反應(yīng)器運(yùn)行至30~35d時(shí)，天氣降溫明顯，BES的出水COD較高，廢水處理效率明顯下降，而污水處理廠的曝氣池受氣溫變化影響很小，說(shuō)明系統(tǒng)越大，運(yùn)行越穩(wěn)定；在反應(yīng)器運(yùn)行到第40d時(shí)，BES出水COD在50mg/L左右，略高于曝氣池出水，此時(shí)BES反應(yīng)器運(yùn)行穩(wěn)定，COD去除率約為88%，而相同條件下，曝氣池的去除率為90%~92%。，說(shuō)明在實(shí)驗(yàn)條件下，BES對(duì)于城市污水具有較好的處理效果。
圖3BES和曝氣池進(jìn)出水COD變化曲線
Fig.3CODChangesofinfluentandeffluentoftheBESandtheaerobicsystem
圖4BES和曝氣池COD去除率變化曲線
Fig.4ChangesofCODremovalrateoftheBESandtheaerobicsystem
2.3pH變化情況
圖5BES和曝氣池進(jìn)出水pH變化曲線
Fig.5pHChangesofinfluentandeffluentoftheBESandtheaerobicsystem
圖5為BES和曝氣池進(jìn)出水pH的變化曲線？梢，在BES運(yùn)行中，BES出水pH明顯高于曝氣池出水；BES出水pH略高于進(jìn)水，而曝氣池出水pH比進(jìn)水略低，后期曝氣池進(jìn)出水pH差異不大。
2.4電導(dǎo)率(EC)變化情況
實(shí)驗(yàn)過(guò)程中電導(dǎo)率的變化如圖6。BES出水的電導(dǎo)率略高于進(jìn)水，且出水的電導(dǎo)率與進(jìn)水變化趨勢(shì)基本相同，而曝氣池出水的電導(dǎo)率明顯小于進(jìn)水。
圖6BES和曝氣池進(jìn)出水電導(dǎo)率隨時(shí)間變化曲線
Fig.6ECChangesofinfluentandeffluentoftheBESandtheaerobicsystem
2.5氧化還原電位(ORP)變化情況
實(shí)驗(yàn)過(guò)程中氧化還原電位的變化如圖7。BES出水氧化還原電位明顯高于進(jìn)水，曝氣池出水的氧化還原電位明顯低于進(jìn)水，且出水的氧化還原電位較為穩(wěn)定。
圖7BES和曝氣池進(jìn)出水氧化還原電位隨時(shí)間變化曲線
Fig.7ORPChangesofinfluentandeffluentoftheBESandtheaerobicsystem
3結(jié)論
(1)新型漂浮電極生物電化學(xué)系統(tǒng)處理城市污水是可行的，出水水質(zhì)良好且穩(wěn)定，并可以明顯的降低能耗。在實(shí)驗(yàn)條件下，出水COD穩(wěn)定在35~70mg/L，COD的去除效率達(dá)到88%，接近于同水力停留時(shí)間下的城市污水處理廠曝氣池。
(2)實(shí)驗(yàn)條件下，該BES在10Ω電阻兩端電壓可達(dá)106mV，電壓和COD的去除效率呈正相關(guān)關(guān)系。
(3)BES出水的pH、電導(dǎo)率和氧化還原電位穩(wěn)定，且高于曝氣池出水。
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