污染源水净化工艺分析

近年来,缺水现象非常严重。尽管许多城市拥有丰富的水资源,但水源已受到严重污染。主要表现为氨氮浓度增加,溶解氧减少,有机污染增加以及源水水质下降。但是,以凝结-沉淀-过滤-消毒为代表的传统水净化工艺对有机污染物,氮,磷和其他可溶性污染物的去除效果非常有限,并且很容易引起管网中微生物的二次繁殖,并且存在生物安全风险。通过开发新工艺或优化现有工艺,控制处理后废水中有机物和氮,磷的含量是净水面临的主要问题之一。许多学者根据水质的特点和对水质的要求提出了各种微污染方法。源水的供水过程主要包括加强常规处理,预处理技术和先进处理技术。生物转盘技术具有生物量大,生物相分类,冲击负荷能力强,污泥量少,能耗低,维护方便等优点,已得到广泛研究和应用。与生物转盘工艺相比,对流型湖泊的水力停留时间相近,但污染物去除功能相对单一。结合这两个过程的特点,作者提出了一种综合的生物净化和沉淀技术,并通过实验室测试研究,探索了该技术对不同水力负荷的影响。微污染源水中的浊度和去除有机物,氨氮和总磷的目的是为微污染源水的处理和现有饮用水净化工艺的技术改造提供理论和技术支持。

1.材料与方法

1.1试验水

试验用水取自黑河水库和校园排污口。黑河水库是西安市的主要供水水源。其中,校园污水的使用量约占测试用水总量的7%。

表1原水水质

1.2测试装置

实验室中使用的集成生物净化沉淀装置如图1所示。其主要材料为有机玻璃,尺寸为400 mm×110 mm×100 mm,总体积为4.4L。它分为两个功能区域,上部是一个转盘。下部是沉淀区。转盘区域采用单轴单级连接方法。光盘的直径约为100毫米,浸入区域占光盘总面积的40%。速度控制在3.0 r·min-1。混凝处理后,待测水进入生物净化一体装置。凝结条件如下:将5.0 mg·L-1的聚氯化铝(PACl)添加到原水中。然后,在200r·min-1的搅拌强度下反应1.0min。然后,以50.0r·min-1的搅拌强度反应15分钟。凝结的流出物在设备顶部的转盘表面上接触,吸附和吸收生物膜。最终的净化和去除,转盘区域中生物膜的老化和掉落以及凝结的絮凝物进入下部沉降区域,并且定期出院。

图 1 试验装置流程示意

1.3测试方法

将设备成功安装到胶片上后,在连续且稳定运行的条件下,系统的液压负载会连续变化,每次更改后的观察期为1-2周。系统再次稳定后,连续监测进水和出水的浊度以及TOC,NH4 + -N,TP含量,后续浊度和有机成分(基于TOC,下同),NH4 + -N,TP在特定液压负载条件下获得的残渣和去除率数据均为连续监测数据的平均值。另外,通过显微镜检查圆盘入口和出口侧表面上的生物膜,以评估在不同水力条件下集成生物净化沉淀池的去除性能。

1.4分析方法

使用水银温度计,玻璃电极法和浊度计(HI93703-11,HANNA,意大利)测量设备出水的温度,pH和浊度。使用总有机碳分析仪(TOC-5000A,日本天津)测量总有机碳(TOC);通过Nessler试剂分光光度法(Pulcan TU-1901紫外可见分光光度计)测量氨氮;总磷用钼酸铵分光光度法(Pulcan TU-1901紫外可见分光光度计)测定;使用荧光显微镜(Nikon90i)分析显微镜。

2.结果与讨论

2.1碟片挂膜

该试验采用直接挂膜的方法,使用河水作为挂膜的水。挂膜过程中,进水温度保持在27〜35℃,pH值约为7.0,生物转盘的转速为3.0 r·min-1,水力负荷为0.064 m3。 ·(M2·d)-1连续运行40 d后,圆盘表面上形成了均匀,薄而致密的生物膜,系统稳定运行,可以认为该膜是成功的。在特定的进水水质条件下在系统和系统的运行条件下,废水中残留污染物的浓度相对稳定。在特定有机负荷条件下获得的后续浊度,有机物成分,NH4 + -N和TP残留量和去除率数据均为连续监测数据。平均。

2.2水力负荷对除浊效果的影响

将进水温度,pH和转速分别控制在27〜35℃,7.0和3.0r·min-1。系统稳定后,改变系统的水力负荷以研究处理后水中污染物含量的变化。从图2可以看出,当系统的水力负荷最低时[0.036 m3·(m2·d)-1],集成的生物净化沉淀池对水中混浊物质的去除效果最佳,平均去除率可达率约为78.0%(图2)。随着系统的液压负荷增加,平均浊度去除率逐渐降低。但是,当液压负荷≤0.064 m3·(m2·d)-1时,上述变化趋势不明显。这可能是由于较低的液压负载。负荷对沉淀过程的干扰相对较小,并且系统易于形成沉淀力强的絮凝物,因此处理后的水中残留的混浊物质的量相对较小。但是液压负荷>在0.064 m3·(m2·d)-1时,混凝后形成的絮凝物尚未完全沉降到集成的生物净化沉淀池中。此时,浊度的去除主要取决于生物转盘上的微生物,这些微生物难以沉淀,悬浮颗粒和污染物的吸附和降解,出水的浊度大,平均浊度的去除率降低。

图2水力负荷对除浊效果的影响

2.3水力负荷对养分去除效果的影响

2.3.1有机成分

图3显示了在不同液压负荷下有机成分的去除(基于TOC,下同)。可以看出,当水力负荷为0.036 m3·(m2·d)-1时,TOC的去除效果最好。此时,系统中TOC的平均去除率为58.07%,处理后的废水中有机成分的残留量约为2.09 mg·L-1。随着液压负荷的增加,TOC的平均去除率逐渐降低。随着水力负荷的增加,在0.13 m3·(m2·d)-1时,TOC的平均去除率最低,仅为52.30%。分析表明,在低水力条件下,生物膜与污染物的平均接触时间较长。有机成分被完全降解是有利的。然而,当水力负载太大时,微生物与污染物之间的平均接触时间会缩短,导致无法有效利用有机成分作为碳源。同时,过大的水力负荷不利于微生物的生长,繁殖会产生很大的影响,这很容易导致圆盘表面生物膜的一部分脱落,系统生物量减少,进而影响到生物体的生长。生物转盘的污染物降解功能。


图3液压负荷对TOC去除效果的影响

当水力负荷从0.036 m3·(m2·d)-1增加到0.13 m3·(m2·d)-1时,装置处理后的废水中的TOC残留量显示出一定的上升趋势,但绝对增加是显然,从观察有机成分的去除率来看,这种性能更为明显。这可能是由于迁移过程中河水的自净作用所致。刘辉的研究表明,在劣质油藏中,低分子有机质占总有机质的比重。 40.00%〜50.00%。根据动力学原理,在一定反应时间底物浓度越低,反应速率越慢,并且底物的降解程度越小。该生物反应器对有机成分的良好而稳定的去除性能可能与它为圆盘提供稳定的微生物生长接触面和更长的生长时间有关。这也表明,水力负荷对生物膜中异养细菌的总量影响很小,而仅在细菌的重新分布中起作用。它使其更适合于相应的液压负载环境。表明集成的生物净化和沉淀装置具有一定的抵抗系统进水中水力负荷波动的能力。

2.3.2 NH4 + -N图4显示了在不同水力负荷下处理后的废水中NH4 + -N的残留量和去除率。可以看出,在较低水力负荷条件下,NH4 + -N的平均去除率不会随水力的变化而变化。增加液压负荷。重大。水力负荷≤0.064m3·(m2·d)-1时,NH4 + -N的平均去除率为82.60%〜83.33%,废水中NH4 + -N的质量浓度在0.325〜0.425之间波动。 mg·L-1(图4)。这可能是因为当水力负荷低时,系统中微生物可利用的碳源相对不足,并且当与其他异养细菌竞争有限的碳源时,反硝化细菌具有优势。硝化细菌的生长也需要碳源。结合图3,当水力负载低于0.064 m3·(m2·d)-1时,处理后出水的平均残留TOC小于2.50 mg·L-1。硝化细菌和反硝化细菌由于可利用的碳源减少,因此反硝化作用无法最大化。但是当液压负荷>在0.064 m3·(m2·d)-1处,随着水力负荷的增加,NH4 + -N的平均去除率迅速降低。这可能是由于硝化细菌是自养细菌,并且其生长速度低于降解有机物的有机化合物的生长速度。营养微生物和异养微生物成为优势细菌,它们将包裹并覆盖硝化细菌,从而降低了溶解氧和氨氮的质量传递。同时,硝化细菌对环境极为敏感,水力负荷过大,也会影响硝化细菌的生存环境,导致系统处理效率下降。


图4水力负荷对氨氮去除效果的影响

2.3.3总磷

图5显示了不同水力负荷下的总磷去除量。可以看出,当水力负荷为0.064 m3·(m2·d)-1时,一体化生物净化沉淀池对TP的平均去除效果最差,平均去除率仅为60.96%,处理后的废水中TP的残留量约为0.073 mg·L-1。适当降低或增加液压负荷有利于提高系统对TP的去除效果。当水力负荷<0.064 m3·(m2·D)-1时,随着水力负荷的增加,TP的平均去除率缓慢增加,然后迅速减小。可以将其与水力负荷较小时污水在一体式生物净化沉淀池中的停留时间进行比较。由于微生物和污染物之间的长时间接触,有利于系统中污染物的更有效降解。在低营养条件下,系统的液压负荷增加,硝化细菌和多磷酸盐细菌竞争有限的碳源和溶解氧。氧气区,使多磷酸盐细菌吸收的磷在有氧环境中被过度吸收,并再次释放。但是当液压负荷>在0.064 m3·(m2·d)-1处,随着水力负荷的增加,总磷的平均去除率再次上升。这可能是因为适当增加了液压负荷,使进水中有机成分的含量相对增加,并且改善了系统。有机负载,减轻了系统中碳源不足的问题。但是,水力负荷继续增加,污水流量过大,微生物和污染物无法充分接触。同时,水力负载过大,对生物膜的影响导致吸附在圆盘表面的原始磷被冲出系统,从而导致总磷去除率降低。图5水力负荷对总磷去除效果的影响。

图 5 水力负荷对总磷去除效果的影响

        通常,水力负荷越小,微生物与污染物的接触越多,污染物的去除效果越好。然而,水力负荷太小,并且有机成分,氮和磷的浓度低会抑制微生物的生物活性。在系统出水效果的前提下,适当增加系统的水力负荷可以减少占地面积和基础设施投资,并提高经济效益。建议将综合生物净化沉淀池的水力负荷控制在0.064 m3·(m2·d)-1。此时,该系统的浊度,TOC,NH4 + -N和总磷的平均去除率分别为73.70%,54.98%,83.24%和60.96%。它具有良好的同时去除悬浮物,有机物以及氮和磷的能力。

2.4生物相分析

微生物在污水的生化处理中起着决定性的作用。其人口的组成和数量极大地影响了污水的质量。同时,它也揭示了微生物对外部环境变化的反应机理。为此目的,水力负载为0.064 m3·在(m2·d)-1的操作条件下,长期观察集成生物净化的入口和出口圆盘表面上生物膜的生长状态-沉淀池,了解特定水力负荷对微生物的影响机理。

如图6(a)所示,观察到进水口上的生物膜生长较快,生物膜内部为灰褐色,膜容易脱落。出水口上的生物膜呈淡黄棕色,如图6(b)所示。分析表明,当生物膜的厚度增加到一定程度时,生物膜内部的微生物活性降低,新陈代谢降低,粘附力降低。在冲击负荷的影响下,生物膜容易脱落;出水口处的有机底物特别容易。降解的有机物浓度大大降低,生物膜的生长缓慢。进水盘表面上的生物膜的显微镜检查结果[图6(b),图6(c)]和出水盘表面上的生物膜的显微镜检查结果[图5]。 [图6(e),图6(f)]可以看出,进水口的生物相非常丰富,并且有相当多的丝状细菌。出水口的原生动物和后生动物非常活跃,数量和种类也很多。 。在实验的中后期,在实验的入口,中部和出口端的生物转盘表面上的生物膜进行高通量测序,发现圆盘的生物表面基本相似,生物膜中异养细菌的数量占细菌总数。优势Phylum,Bacteroides,放线菌等。沿着水流的方向,异养细菌的总量没有太大变化[图7(a)]。沿途污染物的减少仅对细菌的重新分配起到了作用,使微生物种群适应环境条件的增长。同时,还发现固定或附着在椎间盘表面的原生动物和后生动物占绝大多数。其中,铃虫,纤毛虫和鞘类居民是原生动物的优势。人口;线虫,轮虫(多种)和直系动物是后生动物的主要种群。从空间分布来看,如图7(b)所示,微型动物从生物处理池的进水口到出水口的相对丰度。它正在逐渐增加。微生物数量随过程变化并生长良好,因此污水中的污染物沿过程逐渐转化并稳定降解。一些研究结果还表明,在整个过程中,其颜色,厚度和微生物组成,种类和数量都存在显着差异,从而避免了不同种群之间生态幅度的过度重复,从而确保了相应的微生物相具有最佳的生物相。工作活动。生物膜中的生态系统发达,人口众多。生物膜在不同的水力负荷条件下仍然具有较高的去污效率,这也反映了集成的生物净化沉淀池具有很强的自我调节能力和环境适应性。

 

 

微生物种群的沿程变化和良好生长,使得污水中的污染物沿程得到逐步转化,并稳定降解.有研究结果也表明,沿着流程的分布,各级生物膜的颜色、厚度、生物膜的微生物组成,种类与数量有着明显的不同,这样避免了不同种群间生态幅的过多重复,从而保证相应的微生物相拥有最佳的工作活性.生物膜中生态体系发展完善,种群丰富,这也是生物膜在不同水力负荷条件下仍具有较高除污效率的主要原因,同时也体现了一体式生物净化-沉淀池具有很强的自我调节能力与环境适应能力。

3 .结论

(1)本研究将生物转盘与平流沉淀池设计理念相结合,开发出一种一体式生物净化-沉淀工艺,实验室研究结果表明,在进水水力负荷较小时,转盘系统的设置对颗粒物的沉淀过程并无明显影响,出水浊度可控制在1.8 NTU左右.同时,工艺对原水中的有机组分、NH4+-N和TP还有一定的同步去除功能.当进水水力负荷在0.064 m3 ·(m2 ·d)-1,上述各项指标的平均去除率分别为54.98%、83.24%和60.96%.在进水水力负荷 < 0.064 m3 ·(m2 ·d)-1时,随着水力负荷的上升,工艺对颗粒物、有机组分和氨氮的去除相对稳定,但总磷的去除性能将受到一定的影响;而在进水水力负荷 > 0.064 m3 ·(m2 ·d)-1时,随着水力负荷的上升,工艺对总磷的去除性能略有增强,表明工艺具有一定抗冲击负荷能力.

(2)对生物转盘盘片表面生物膜进行分析,盘片表面呈现出与环境条件相适应的微生物种群,形成了良好的种群配合和沿程分布,体现了一体式生物净化-沉淀池具有很强的自我调节能力与环境适应能力.

(3)一体式生物净化-沉淀工艺在不同水力负荷条件下仍可实现有机物、氮磷以及致浊物质的同步去除.考虑到组合工艺具有结构紧凑、占地面积省,处理效果稳定等优点,在微污染水体的强化净化处理中具有一定的应用前景.

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