ABR 反應(yīng)器處理生活污水的研究
厭氧處理污水技術(shù)是一種有效的去除有機(jī)污染物的生物化學(xué)技術(shù), 在處理高濃度有機(jī)廢水中得到了廣泛的應(yīng)用. 近一二十年來, 人們發(fā)現(xiàn)用其處理生活污水亦有很好的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用前景, 因而國(guó)內(nèi)外抓緊了對(duì)其進(jìn)行了小試, 中試研究, 并建設(shè)了一批上流式厭氧污泥床反應(yīng)器(UA SB) 示范工程.美國(guó)科學(xué)家M c Carty 等人在充分認(rèn)識(shí)UA SB 等第二代厭氧反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)及不足的基礎(chǔ)上, 開發(fā)出厭氧折流板反應(yīng)器(A naerob ic Baff led Reacto r, 即ABR ) , 此工藝具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行管理方便、無須填料及對(duì)生物量具有優(yōu)良的截留能力等特點(diǎn), 表明了許多優(yōu)于第二代厭氧反應(yīng)器的獨(dú)特優(yōu)勢(shì), 因而被稱為第三代厭氧反應(yīng)器. 為此, 近年國(guó)內(nèi)外對(duì)ABR 的研究較為活躍, 但一般局限于處理高濃度有機(jī)廢水的研究. 用ABR 處理生活污
水的研究在國(guó)內(nèi)未見報(bào)道, 僅在國(guó)外有個(gè)別運(yùn)行先例. 我們?cè)囼?yàn)了用ABR 處理生活污水, 取得明顯的效果.
1 實(shí)驗(yàn)部分
1. 1 試驗(yàn)裝置
自制35L 有機(jī)玻璃五隔室ABR 反應(yīng)器.
1. 2 實(shí)驗(yàn)指標(biāo)和測(cè)定方法
1. 2. 1 實(shí)驗(yàn)指標(biāo) 選取生活污水常規(guī)污染指標(biāo),即有機(jī)物污染指標(biāo)COD (化學(xué)需氧量) , 水體富營(yíng)養(yǎng)化指標(biāo)氨氮、磷酸鹽.
1. 2. 2 測(cè)定方法 測(cè)定方法及標(biāo)準(zhǔn)號(hào)見表1.
表1 污染指標(biāo)測(cè)定方法[4 ]
污染指標(biāo)名稱 測(cè)定方法 標(biāo)準(zhǔn)號(hào)
COD 重鉻酸鉀法 GB11914- 89
氨氮 預(yù)蒸鎦-滴定法 GB7478- 87
磷酸鹽 磷鉬藍(lán)光度法 GB11893- 89
1. 3 實(shí)驗(yàn)方法
1. 3. 1 ABR 對(duì)污染物去除效率的實(shí)驗(yàn) 取武漢化工學(xué)院職工宿舍生活污水水樣, 連續(xù)從高位槽按HRT 控制滴入速度輸入已啟動(dòng)運(yùn)行正常的ABR反應(yīng)器中, 按日測(cè)一次試驗(yàn)處理效果.
1. 3. 2 ABR 處理效果的影響因素及不同隔室作用效果實(shí)驗(yàn) 控制不同的HRT、反應(yīng)溫度、環(huán)境溫度, 測(cè)試ABR 出水水質(zhì)及不同隔室的作用效果.
2 結(jié)果與討論
2. 1 試驗(yàn)結(jié)果
2. 1. 1 ABR 對(duì)污染物去除效果的實(shí)驗(yàn)結(jié)果ABR 對(duì)污染物去除效果的實(shí)驗(yàn)中有統(tǒng)計(jì)價(jià)值的21 d 實(shí)驗(yàn), 結(jié)果見表2. 表2 中除10 月13 日HRT水力停留時(shí)間為3 h, 10 月17 日為2 h, 其他時(shí)間HRT 均為8 h.
2. 1. 2 ABR 對(duì)污染物去除效果影響因素及不同隔室作用效果 ABR 對(duì)污染物去除效果影響因素及不同隔室作用效果的實(shí)驗(yàn), 結(jié)果見表3.
2. 2 討論
2. 2. 1 ABR 對(duì)不同污染物的去除效果
(1) 對(duì)COD 的去除效果
COD 是化學(xué)需氧量的簡(jiǎn)稱, 是衡量水體有機(jī)污染的一個(gè)最重要指標(biāo) , 也是國(guó)家“十五”期間對(duì)主要污染的實(shí)施總量控制的六大指標(biāo)之一. 從表2可以看出ABR 反應(yīng)器對(duì)COD 有很好的去除效果, 在21 d 的測(cè)試中, 已有16 d 的出水水質(zhì)達(dá)GB8978- 1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》的二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)(≤150 m g/L ) [ 6 ]、7 d 的水質(zhì)達(dá)到或接近一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)(≤100 m göL ) , 分別占76. 2%、33. 3% ,10 月8 日的實(shí)驗(yàn)中, COD 從385. 0 m g/L 降至90. 0 m g/L , 去除率高達(dá)76. 62% , 表明ABR 反應(yīng)器對(duì)去除有機(jī)污染物有巨大的潛能和廣闊的前景.
(2) 對(duì)氨氮的去除效果
ABR 反應(yīng)器對(duì)氨氮的去除率普遍不高, 甚至出現(xiàn)負(fù)值, 這符合水體中氮素化合物的轉(zhuǎn)化規(guī)律.水體中的有機(jī)氮在厭氧條件下通過厭氧菌的作用轉(zhuǎn)化的氨氮, 可使氨氮含量上升; 而氨氮在無氧或缺氧條件下無法向NO 2、NO 3 轉(zhuǎn)化, 因而難以去除. 在生活污水處理系統(tǒng)中,ABR 必須與好氧處理單元聯(lián)用, 組成厭氧2好氧處理系統(tǒng)才能既有效去除COD, 又有效去除氨氮.
(3) 對(duì)磷酸鹽的去除效果
ABR 反應(yīng)器對(duì)磷酸鹽的去除效果也普遍不佳, 甚至出現(xiàn)負(fù)值, 這也是從科學(xué)道理上可以預(yù)見的. 因?yàn)樵趨捬鯒l件下, 有機(jī)磷可以向無機(jī)磷酸鹽轉(zhuǎn)化, 使磷酸鹽出現(xiàn)上升的可能. 磷的脫除則須通過好氧過程大量吸收磷, 通過排泥過程使磷去除. ABR 和其他厭氧反應(yīng)器一樣, 只能產(chǎn)生釋放磷作用, 當(dāng)然, 這也是脫磷的一個(gè)不可缺少的程序.從除磷的要求來看, ABR 也必須參與厭氧2好氧(含排泥過程) 的處理系統(tǒng)才能完成.
2. 2. 2 ABR 對(duì)污染物去除效果的影響因素及不同隔室的作用效果
(1)HRT 的影響
HRT 對(duì)污染物去除效果的影響見表2. 一般說來, HRT 越長(zhǎng), 去除效果越好, 但過長(zhǎng)的HRT則不利于處理量, 因此, 達(dá)到較為理想的去除效果的前提下, 應(yīng)盡可能減小HRT. 本實(shí)驗(yàn)中6～ 10 h的HRT 已有較理想的去除率, 主要指標(biāo)COD 僅通過ABR 一般即可達(dá)二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn). 采用UA SB處理城市生活污水, 取得> 65%以上的COD 去除率, HRT 須13～ 15 h, 由此可見, ABR 優(yōu)于UA SB. 10 月13 日曾將HRT 縮短為3 h, 10 月17日將HRT 縮短為2 h, 去除率明顯下降, 因而用ABR 處理城市生活污水HRT 在6 h 以上為宜.
(2) 反應(yīng)溫度的影響厭氧處理一般不適于處理溫度低于20℃的污水, 主要原因是厭氧菌生長(zhǎng)緩慢, 反應(yīng)時(shí)間過長(zhǎng), 用UA SB 處理城市生活污水取得> 65%以上的COD去除率, HRT 控制為13～ 15 h, 反應(yīng)溫度須不低于20℃. 但本研究采用ABR 的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明, 大于20℃的反應(yīng)溫度固然有較好的處理效果, 但低于20℃仍可獲得較理想的出水水質(zhì). 12 月21 日ABR進(jìn)水水溫為18℃, 出水為13℃; 12 月23 日出水水溫為16. 5℃, ABR 出水水質(zhì)分別為128 m g/L 、142 m g/L , 均已達(dá)二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn), 為下一單元用好氧法處理使其達(dá)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)造了良好條件.
(3) 環(huán)境溫度的影響
表3 所進(jìn)行的試驗(yàn)均在冬季進(jìn)行, 實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度均只有幾度, 甚至低到0℃, 為使ABR 反應(yīng)器能進(jìn)行正常運(yùn)行, 對(duì)進(jìn)口原水進(jìn)行了不同程度的加溫試驗(yàn), 而對(duì)ABR 則只進(jìn)行了簡(jiǎn)易的保溫處理.從表3 的數(shù)據(jù)可見, 環(huán)境溫度過低(8℃以下) 會(huì)對(duì)
處理效果帶來不良影響. 若將ABR 應(yīng)用于埋地式處理系統(tǒng)中, 穩(wěn)定的地下溫度條件將對(duì)ABR 的運(yùn)行將十分適宜.
(4) 不同隔室的處理效果
從表3 可以看出, 第一隔室一般有較為明顯的COD 去除效果, 這符合厭氧消化的一般規(guī)律. COD總?cè)コ瘦^高的12 月21 日和10 月22 日(分別為65. 78% 和70. 9% ,ABR 出水COD 指標(biāo)均已達(dá)到GB8978- 1996 二級(jí)水質(zhì)要求) , 第三隔室卻發(fā)揮了非常關(guān)鍵的作用, 其去除率分別高達(dá)12. 30%、34. 49%. 12 月27 日ABR 出水水質(zhì)未達(dá)二級(jí)標(biāo)
準(zhǔn), 但其進(jìn)口原水水質(zhì)COD 較高(470 m göL ) , 出水COD 去除率也達(dá)55. 53% , 其中第二隔室發(fā)揮了較好的去除作用, COD 去除貢獻(xiàn)率為21. 28%.第三隔室的去除作用也比較明顯, COD 去除貢獻(xiàn)率為8. 93%. 如何創(chuàng)造條件, 強(qiáng)化第二隔室、第三隔室的去除作用, 是下一步應(yīng)繼續(xù)深入研究的問題. 這也是使ABR 發(fā)揮第三代厭氧反應(yīng)器優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵所在. ABR 隔室數(shù)量應(yīng)設(shè)計(jì)為幾個(gè)最為適宜,也待進(jìn)一步深化研究.
3 結(jié)論
(1)ABR 反應(yīng)器對(duì)生活污水中的COD 有很好的去除效果, 單獨(dú)使用即可使生活污水中的COD出水指標(biāo)達(dá)到GB8978- 1996 的二級(jí)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn), 較理想的操作可使其達(dá)到或接近一級(jí)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn).(2)ABR 應(yīng)用在生活污水處理系統(tǒng)中, 須與其他處理單元聯(lián)用, 以使進(jìn)一步保證COD 穩(wěn)定地達(dá)到一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn), 并同時(shí)去除氨氮和磷酸鹽, 使出水水質(zhì)氮磷達(dá)標(biāo).
(3)ABR 反應(yīng)器處理生活污水6～ 10 h 即可得到較好的出水效果, 明顯優(yōu)于UA SB 13～ 15 h的水平.
(4) 18℃左右的反應(yīng)溫度亦取得了較好去除效果, 明顯優(yōu)于UA SB 對(duì)生活污水水溫高于20℃的要求. 由此可見,ABR 反應(yīng)器適宜于埋地式應(yīng)用.
(5) 環(huán)境溫度過低不利于ABR 運(yùn)行, 須進(jìn)行保溫處理.
(6) 第二、第三隔室對(duì)ABR 去除COD 發(fā)揮了明顯的關(guān)鍵作用. 為何創(chuàng)造條件, 進(jìn)一步強(qiáng)化第二、第三隔室的作用, 須進(jìn)一步研究.
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