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天空彩与你同行在活性炭污泥处理工厂中使用

天空彩与你同行在活性炭污泥处理工厂中使用

编辑:天空彩票手机开奖 发布日期:2018-07-26 14:20

天空彩与你同行在活性炭污泥处理工厂中使用

引言

在美国和欧洲的活性污泥工厂中,有时已在使用直接添加粉状活性炭(PAC)至曝气池中。由于粉状活性炭有利于生物氧化,因此提高了COD及BOD5去除效率,特别适用于难以生物降解的有机物质。这是归因于粉状活性炭的生物再生。经过选择适应于废水类型的细菌在粉状活性炭的孔隙中繁殖,也能使较有显著抗生物性的吸附物质得以降解;破裂后的物质解吸,新产生的分子能被吸附在空出的活性位置上。因此,生物再生是稳定状态的生物过程。

从工程观点看添加粉状活性炭是比较简便,而且成本也不高的。所有需要的设备仅是计量粉状活性炭在水液悬浮的系统。粉状活性炭在曝气池中的浓度逐步提升至0.7-1.5千克·米-3,然后通过置换每天由过量污泥所带走的粉状活性炭量保持在这一水平。

实验室初步试验

实验室试验首先对添加粉状活性炭使活性污泥法在部分抗生物性物质存在下的影响进行研究。所用废水来自棉及合成纤维织物的染色工厂,其中含有分散,直接,酸性及碱性染料,阴离子及非离子洗涤剂;分散剂及消泡剂;醋酸盐、甲酸盐及磷酸盐;漂白、润湿及抑制剂。

用Warburg型呼吸测定计(总容量为500毫升)进行恒温呼吸速率试验。相同体积的同一种废水分别予以接种;试样A,接种0.1克升-1适应废水的活性污泥;试样B,接种相同浓度的活性污泥,再加Norit SA-5牌号的粉状活性炭0.2或1克·升-1

粉状活性炭及废水也加以单独培养。除有机物质的不稳定吸附以外,并未观察到其他明显影响,有机物质的吸附取决于粉状活性炭的起始浓度及其用量。添加粉状活性炭以后,在短时间内就发生了吸附。

图1及图2表明在二个不同日期进行的废水试样A及B的氧摄入量,图3是试样B及A氧摄入量之间的比率对时间所作的图。经过20-40小时诱导后,推测因依赖于触发生物活度所需要时间的差异,比率固定在一个数值,它以粉状活性炭浓度为函数而递增。试样B有较大氧摄入量,添加粉状活性炭0.2及1克:升-1分别增加约20%及75%。

图1 呼吸速率试验:添加粉状活性炭与不添加粉状活性炭时的氧摄入量

图2 呼吸速率试验:添加粉状活性炭与不添加粉状活性炭时的氧摄入量

图3 加粉状活性炭和不加粉状活性炭时耗氧量

这一情况可以设热是由于增加了粉状活性炭浓度能使在粉状活性炭大孔隙中的细菌群体变大。因为粉状活性炭浓度与生物降解之间的关系式并不成为线性,给养基供应不足可能使细菌生长受到了抑制。在工业规模操作时,应当记住,当添加粉状活性炭而使运转成本有所增加时,必须结合去除效率有令人满意的递增加以同时考虑。

工业规模的试验

实验室试验成果表明:添加粉状活性炭能有效地用于染色废水的处理。于是就在工业规模的处理工厂中紧接着用同类废水进行试验。

图4表明工厂处理过程的方框图。废水流速约为100米3·天-1,平衡池及曝气池容积分别为150及200米3

图4 处理工厂方框图

工厂在尽可能保持有机负荷恒定而不造成污泥废物的情况下操作了约四个月,这就是让生命体(biomass)浓度增加。进行了两次运转。首次不添加粉状活性炭进行非稳定状态运转。约2个月后,逐步加入粉状活性炭至曝气池中,添加时间历经约一星期使粉状活性炭浓度达到约0.8千克·米-3为止。

周期地测定进口及出口的BOD5及MLSS(指不包括粉状活性炭的生物污泥)浓度。由于生物现象的迟缓性,在至少5一6天的周期内出口BOD5与MLSS浓度变化极少;因此在每一5-6天周期内的平均实验值可以看作为恒定值。

其次,保持随后的稳定状态条件而不添加粉状活性炭(即粉状活性炭从工厂中除去,即并不用新的粉状活性炭置换随污泥废物排出的旧粉状活性炭)约二个月。

平均有机负荷:大致为50千克BOD5·天-1

MLSS浓度:2.5-3.4千克·米-3

污泥再循环比率:约为1

平均剩余污泥速率:18千克·天-1,每天接着将粉状活性炭再加入至曝气池。除平均剩余污泥速率较低(15千克·天-1)外,仍保持相同稳定状态条件。在剩余污泥从工厂排出以后,每天添加适当数量的粉状活性炭一次,以保证浓度恒定达0.8千克·米-3左右。

在最后两次运转时,按时测定废水、排放水及曝气池有关重要参数。

特性生物氧化参数

在非稳定状态运转中所获得的结果可以用来确定生物体生长参数,包括加入及不加入粉状活性炭在内。因为经过澄清池溢流堰流失的污泥可以忽略不计,当不排放污泥时,曝气池中污泥净生长率可以写成下列方程式:

方程1

方式两边均除以X,即得:

方程2

如果X变数不太大,方程式可写成有限差值:

方程2'

为将特定污泥生长速率μ当作污泥负荷因素,Fα的函数作图,就可得一直线,其斜率为γ,截距为-b。这些参数是存在于废水中基质类型的特性,对不同类型废水的参数过去曾有所报导。

图5是μ在加及不加粉状活性炭时作为F0的函数所作的图。图中各点是由曝气池污泥浓度和进口及出口BOD5数值计算所得,废水流速及曝气池容积都是已知。

图5 加及不加粉状活性炭时,特定污泥净生长率对污泥负荷因素的关系

表1说明从本文编辑所得数据Y及b数值用线性回归法与城市污水报导的数据相比较。不加粉状活性炭,二者差别极小,而在加粉状活性炭后,主要是b值发生下降。换言之,因粉状活性炭的存在会使活性污泥生长下降,如图6所示,单位曝气池体积日产污泥量W(在每一5-6天周期内最终与最初MLSS浓度之差,除以观察的天数计算而得)对容量负荷因素Fα作图所得。图5及6表明粉状活性炭使有机物质的生物氧化增加,但使总的污泥生长下降,虽然消除了自动氧化因素也如此。

表1

图6 加及不加粉状活性炭时,污泥净生长速率对容量负荷因素的关系

基质的生物去除速率

这可以用下列方程式表示( Lawrenceand Me Cartg, 1970):

方程3


发现在曝气池中几个不同位置所取试样的COD,BOD5及总悬浮固体数值实质上是相同的(平均偏差对所有情况的平均值为±2%),曝气池平均COD及BOD5数值与在溢流堰排放水所得数值实质上是相同。此外,在曝气池中平均基质浓度(以BOD5表示)经常是非常低。

因此可以得出下述二点假设;

(a)曝气池象是一个高度混和的反应器,在池中所有基质都能得到利用:

(b)池中基质浓度S,对Ks而言,可以忽略不计。

另外,为简化计,由于基质体转移至粉状活性炭大孔隙中的动力限制也可假设为忽略不计。

假设(b)可使方程式(3)简化成下列形式:

方程4

这里k=k/Ks,相当于假一级反应动力常数。

利用假设(a)可以写出曝气池基质体平衡公式;

方程5

公式可用来测定k。

在工厂中加及不加粉状活性炭时的平均k值(以BDs为基础),以及城市污水的k值均在表1中说明;曾使用了在两次稳定状态运转中所测得的进水及出水的BOD5及MLSS浓度。

可以看到三个k之间大致各相差一数量级。虽然加入粉状活性炭使排放水中基质浓度可与城市污水处理工厂排放水相比较,但前者生物去除率较低。因此,正与前述假设相反,在粉状活性炭孔隙中的细菌活度可能部分受转移进入孔隙中的基质体所控制。

生物去除效率

表2说明在稳定状态下操作阶段加及不加粉状活性炭时,一些重要的废水及排放水参数的平均值。图7与8表明废水及排放水的COD及BOD5模式在加入粉状活性炭之前及后对时间的作图(用虚线表示)。

表2

图7 在添加粉状活性炭前及后,废水及排放水COD与时间的关系

图8 在添加粉状活性炭前及后,废水及排放水BOD<sub>5</sub>与时间的关系

加粉状活性炭能导致去除能力的显著改进,特别对去除有机物质而言。

添加粉状活性炭后,平均去除效率COD从55.8%提高至75.6%,BOD5从78%提高至98.5%,更有甚至,生物去除的COD数量平均增加达最初BOD的1.44-1.95倍。

在APC存在下额外去除的COD可能是由于生物降解。实际上在稳定操作时,在粉状活性炭上并不发生显著的物理吸附效应,而是粉状活性炭诱导氧摄入量的提高。在曝气池中不可能计量氧摄入量:当使用粉状活性炭时,曝气池中唯证明是存在着明显的氧浓度梯度:在底部约为1毫克升-1,在液面下为2-3毫克升-1

由此可以得到二点结论;添加粉状活性炭能导致原来难于生物降解的物质得以去除:实验室所得的进水BOD5数值不能反映工厂的去除能力。虽然经常采取工厂生产的污泥接种过的试样来进行BOD5测定(以致当加入粉状活性炭后接种污泥也含有活性炭),但曝气池的实际净化能力远远大于从进水测定BOD5数值所预期的那样。

表2也说明粉状活性炭的存在使氨氮和亚硝酸盐几乎安全硝化成为硝酸盐,而硝酸盐又大多被脱硝:粉状活性炭添加经过了一星期大量氮随之消失。曝气池底部氧浓度较低可能用来说明这一现象的发生。另一方面,氮的消失也可以说明由于在粉状活性炭表面硝化一脱硝细菌浓度高而造成。

表2中最后一项也在意大利立法(法律号;650,1979)表C有关污水排放的容许限度之内。除COD值以外,其它都低于作表面水排放的最高容许限度(同一法律,表A)。

为了满足未来立法的需要,寻求进一步降低COD的途径,利用工厂生物净化排放水在实验室规模又进行物理吸附试验。曾使用了几种类型的颗粒状活性炭。但是结果并不满意,由于吸附能力在所有情况下都不能达到20毫克升1以下。排放水试样分光光度分析的结果表明其中有大量高极性有机物质存在,这些有机物质组成COD的50%以上,用百分量表示。活性炭对极性物质是效力极低的吸附剂,由于这些极性物质对水有显著的亲力和。

结语

实验室规模的呼吸速率运转和在活性污泥处理工厂中处理染色废水的直接应用结果表明,添加粉状活性炭至污泥中能使净化能力大为提高,既包括有机物质的氧化作用(COD及BOD去除效率分别从55,8%提升至75.6%及从78%提升至98.5%),也包括氨氮及硝酸氮的去除率。

在工厂中测定了在加与不加粉状活性炭的条件下的污泥生长及生物氧化动力常数的特定参数。添加粉状活性炭使污泥生长下降,但提高了生物去除速率约达一个数量级,虽然这一数值比城市污水处理工厂所报导的数值仍然低一个数量级。最后,自动氧化因素也显著地有所下降。

文中符号说明:

n——自动氧化因素,天-1

Fα——容量负荷因素,千克BOD5·米-3·天-1

F0——污泥负荷因素,千克BOD5千克-1MLSS天-1

Kt——michaelis-menten常数,千克米-3

k——基质利用动力常数,小时-1

k——假一级动力常数,米3·千克-1MLSS小时-1

Q——废水流速,米3·小时-1

S——排放水中的基质浓度,千克·米-3

S0——废水中的基质浓度,千克·米-3

t——时间,天

t1——时间,小时

V——曝气盆容积,米3

X——在曝气盆中的污泥浓度,千克MLSS米-3

Y——污泥生长因素,千克MLSS千克-1BOD5

W——单位盆容积的每日污泥产量,千克MLSS米-3-1

?——特定污泥净生长速率,天-1(MLSS=混合液悬浮固体)

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