高浓度生活污水处理工艺及其能源回收研究
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摘要:随着我国社会建设的飞速发展和城市化进程的日渐深入,城市污水的处理量和处理难度也日渐提升,特别是高浓度的生活污水给社会生活和生产造成了巨大的困难。如何改进目前的城市污水处理工艺,并提高其能源的回收率,本文作者从具体的技术出发探讨了以上问题。
关键词:高浓度;生活污水;处理;能源
随着我国社会建设的飞速发展和城市化进程的日渐深入,城市污水的处理量和处理难度也日渐提升,特别是高浓度的生活污水给社会生活和生产造成了巨大的困难。济南以泉水众多著称于世,素有“泉城”的美誉。但自20世纪80年代以来,泉水时涌时停,断流周期缩短且断流持续时间逐渐增长,最长断流时间多达926天。因此成为全国水资源严重短缺的城市之一。由于城市化进程的加剧,大量生活污水无法及时有效处理,为此,笔者针对济南市生活污水的特点,开发了一套适宜的污水处理工艺。
1材料与方法
1.1污水与接种物
1.1.1粪便污水。将在小区、校园、单位等场合收集的粪便污水混合。为试验操控稳定,将经过好氧处理后的出水回用调节使CODcr值在10 000mg/L左右。原水样性质特点和调节后的污水性质特征表1。
1.1.2接种污泥。取以猪粪为原料正常发酵产沼气的厌氧消化池中的活性污泥,经60 d驯化富集培养,得到微生物菌群接种物,其TS=7.67%,VS=72.16%,pH=7.7。
1. 1.3试验装置设计及方法
试验以区别不同的滞留时间(期)而设计4组试验及装置,水力滞留期记为HRT。装置1:每天进水160.0m,l厌氧HRT 15. 0 d,好氧HRT 6. 5 d,总HRT为21.5 d;装置2:每天进水100.0m,l厌氧HRT24.0 d,好氧HRT10.0 d,总HRT为34. 0 d;装置3:每天进水80. 0m,l厌氧HRT30.0 d,好氧HRT13.0 d,总HRT为43.0 d;装置4:每天进水66.7m,l厌氧HRT36.0 d,好氧HRT 15.0 d,总HRT为51.0 d。设计的4组试验装置及参数如表2所示。在设计安装的3级厌氧和1级好氧处理后,出水通过絮凝沉降并过滤回流。每天记录产气量;隔天检测pH值、COD、NH+4 -N、TP、SS、色度;每周检测甲烷(CH4)含量等。
根据以上设计装置:第1级厌氧以2个0. 4 L厌氧消化反应器并联,之后连续串联2、3级厌氧消化反应器,有效容积分别为0.8L。好氧滤池为1.0L,储水设为200.0m,l混合液回流比控制在1∶2.0~2.2。
2结果与分析
2.1 设计装置在相应工艺参数下运行对污水各指标物的去除效果比较
装置安装正常后,运行从2008年5月4日至8月31日。在厌氧消化器中可观察到有类似颗粒污泥物形成,说明所设计的工艺流程和处理装置有良好的处理效率。因为此种特征的污泥出现表明对污水中有机物去除效果良好。
从5月4日至8月31日,各装置在相对应的工艺参数下正常运行过程中,各项指标和去除率都产生了变化。第1级厌氧进水CODcr由9 964. 5 mg/L下降至2 453.5~3 322. 6 mg/L,去除率均在66. 7% ~75. 4%。其中,装置1对COD 的去除率仅66.7%,对TP的去除率最高(26.2% )。从CODcr、NH -N、TP、SS及色度去除指标来看,1级厌氧处理以装置4最为理想。第2级厌氧反应器与前后串联。就单体进出水来看,该级处理似乎只是起到缓冲器的作用,对CODcr 的去除率总体都较低,但仍以装置4的CODcr、NH -N、TP去除率最高,分别为28.9%、15.4%、19. 2%。装置1去除色度最多,装置3的去色度率与之接近。装置2的SS去除率最高,装置3的去除率与之较近。
第3级厌氧处理对CODcr的去除率与第1级厌氧处理相似,装置1去除率不到80. 0%,装置4去除率最高,为84.1%, NH -N、TP、SS和色度的去除率最高值分别在装置1、3、4和2。经3级厌氧处理后,装置1~4相对于原水的CODcr总去除率分别为94.3%、96.1%、96.6%和97.2%。从去除率最高值及污水处理的主体CODcr去除率,以及整个厌氧过程相对于进入原水的总去除率指标,首选装置4及相应的处理工艺及参数。进一步通过好氧处理后,也说明装置4及其相应处理工艺最理想,去除效果最好。若仅以CODcr≤100mg/L而论,装置3和4出水中残留的CODcr分别为97.6、85.3 mg/L,均达到了(GB8978-1996)的一级标准CODcr100.0mg/L),而装置2出水(CODcr144. 6 mg/L)达到二级标准(CODcr150.0mg/L)。
NH -N在厌氧处理过程中在不同装置各级中均有不同程度的去除率,但是相对原水去除率均小于40.0%,TP的去除率也不到50.0%。处理效果最好的装置4出水残留的NH -N 26.9mg/L接近标准,TP 0. 9 mg/L达到二级标准。色度在厌氧阶段可去除50.0%左右, SS则能去除极大多数。经好氧处理后色度也仅装置4(90)接近标准(80),而SS均达到一级标准(70.0 mg/L),且主要在好氧部分及絮凝沉淀阶段完成。当调节好氧前后进出水的pH值时,有大量悬浮物絮凝沉淀,加之后续的机械过滤,能大幅度降低SS和色度,最终出水优于或接近二级标准。
2.2 设计装置去除CODcr,回收能源物质CH 量比较
4套装置收集的气体,经GC-HP4890D型气相色谱分析,主要有目标产物CH ,空气消耗余留和装置硝化与反硝化等生化反应累积的空气成分N 和呼吸代谢产生的CO23种成分。
理论上,厌氧消化去除1 g COD 有机物可产CH 量为0.35 L。即每日从废水中去除的CODcr量(R)与每日产生的甲烷量(G)存在如下关系[23]:R=(64/22.4)G,或G=0.35R。据此,4套装置相对于理论产CH4量的结果可知,装置1~4,相对理论值的能源物质CH 回收率呈上升趋势。由于进水COD r的浓度相同,因此其量与滞留时间有关。而HRT越长越向理论产CH4量接近,前30 d直线上升,30 d后明显减缓。
3结论与讨论
该研究结果表明,相同结构装置,若工艺不同则显示出不同的处理效果,与滞留时间关系较为密切。因此该研究对分散式的城镇污水简易化高效处理技术的开发,进一步研究完善工程设计具有参考价值和意义。
参考文献:
[1]: 李少衡.厌氧生物处理技术的原理及其在城市污水处理中的应用[J].湖南大学学报:自然科学版,2001,28(3):16-22.
[2]: 许明,操家顺,常飞,等.BCFS工艺处理低C/N比城市污水的中试研究[J].水处理技术,2007,33(10):46-48.
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