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光伏技术处理农村污水

所属分类: 生活污水处理设备 | 发布日期:2019-11-22 04:11:48

在中国,农村污水处理率很低,大部分生活污水未经处理直接排放,这是湖水丰富的重要原因。 由于高能耗,高管理维护要求,城市污水集中处理技术已成为农村推广和应用的制约因素。因此,低成本,高效的污水处理...

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在中国,农村污水处理率很低,大部分生活污水未经处理直接排放,这是湖水丰富的重要原因。

由于高能耗,高管理维护要求,城市污水集中处理技术已成为农村推广和应用的制约因素。因此,低成本,高效的污水处理技术是当今废水分散处理技术的研究热点。

McCarty积极探索如何减少生活污水处理的能耗,并开发了一种高效且低成本的厌氧流化床膜生物反应器(AFMBR),其COD去除率为99%,每单位水耗能。仅为0.058kW·h / m3,约为传统好氧膜生物反应器的1/10。然而,自然环境条件下的处理效率以及厌氧处理生活污水的应用前景和经济效益仍有待进一步研究。

作为清洁和可再生清洁能源,太阳能具有广阔的发展前景。太阳能在污水处理中的应用还处于起步阶段。徐志兰等。王文林和王文林已将美国的“太阳能蜜蜂”太阳能表面曝气技术应用于处理微污染的河流和重度污染的河水,使水体的主要指标有所改善,但并不正确。系统能效分析。采用日光曝气结合土壤入渗工艺处理生活污水,对氨氮(NH3-N),总氮(TN),总磷(TP)和化学需氧量(COD)的处理效果为高于那些。没有安装太阳能处理系统,但是所使用的太阳能曝气系统结构复杂,设备众多,基础设施投资高,管理和维护不容易。

本文将光伏电池板与直流气泵直接连接,以改善污水厌氧处理设施。空气泵同时充气和再循环以简化系统。通过比较光伏A / O池和厌氧池的生活污水处理效果,对实际工程进行能效分析,以研究光伏技术在农村生活污水中的适用性。

1材料与方法
1.1试验工厂
中试工厂建在云南省大理州Prefecture源县登川镇的研究基地。两套中试规模的污水处理设备均由镀锌铁制成,是长方体结构,顶部敞开,尺寸为1m×0.3m×0.8m,有效容积为210L。反应池通过隔板分成等距的6个。一个小格栅(在技术改造之前,两套设备已在厌氧条件下成功启动,并且已经稳定运行了6个月,COD的平均去除率约为70%)。将多孔悬浮球填料添加到每个反应池中。进水口和出水口分别布置在长方体设施的上端,排水管布置在设施的底部。其中,一套是一个简单的厌氧罐,一套设备装有光伏曝气系统(见图1)。

光伏曝气系统主要由单晶硅光伏面板,直流气泵,充气管和曝气头组成。气泵直接与光伏面板相连,污水的回流通过汽提进行,气泵同时实现曝气和回流。生活污水为原水(TN36.4mg / L,NH3-N31.9mg / L,TP4.4mg / L,正磷酸盐(SRP)3.2mg / L,COD183.3mg / L),间歇水(8 00〜 23:00),每日处理量为240L,HRT21h。光伏A / O池在自然条件下启动,采样频率为每周一次,并且TN,NH3-N,NO3--N,TP,正磷酸盐(SRP),COD和其他指标通过标准方法确定。在此期间,没有泥浆排出。


图1光伏曝气接触式A / O池的结构示意图
1.2工程测试
将光伏曝气系统安装在云南省大理市银桥镇西城围村污水处理设施的厌氧池中,以分析光伏曝气系统的能效。
西城围村污水处理厂已于2010年6月建成投产。工艺流程为:隔油池-厌氧池-污泥净化池,设计处理能力为60m3 / d。 2011年5月,在西城围污水处理厂的厌氧池(有效容积为60m3,HRT24h)上安装了光伏曝气系统,该系统已转换为光伏A / O池。通过能效分析,研究了光伏曝气的适用性。

2结果与讨论
2.1脱氮效果
中试厂进水和出水水氮浓度的变化如图2至4所示。在运行期间,厌氧和光伏A / O电池中NH3-N的平均去除率分别为6.4%和29.2%。厌氧池对NH3-N的去除效果不稳定。在运行的前100天中,光伏A / O池中NH3-N的平均去除率为21.5%,出水NO3--N较低,但随后NH3-N的去除率显着提高,平均52.2。 %,最高为77.0%,并且排出物NO3--N显着增加。此时,可以将光伏A / O池视为成功。 图2 NH3-N去除效果

图3 TN去除效果

 

图4 NO3--N变化

这两种装置的TN去除效果与NH3-N去除效果相似。厌氧和光伏A / O电池的TN平均去除率分别为9.4%和28.7%,厌氧池为TN。去除效果不稳定,并且还会出现出水高于进水的现象。在前一个时期(前100天),从PV A / O电池中去除TN的平均率为24.3%,随后显着增加,平均去除率为41.8%,最大为51.8%。

氨氧化是硝化的限速步骤。目前,据报道有两种主要的微生物可实现需氧铵的氧化:氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古细菌(AOA)。氨氧化细菌生长的最佳溶解氧为3〜4mg / L,是一种严格的需氧细菌。如果溶解氧过高或过低,都会抑制氨氧化细菌的生长。在大多数废水处理厂中,为了实现生物脱氮,需氧量DO通常大于2 mg / L,以确保足够的硝化作用并保持系统中氨氧化细菌数量的稳定性。氨氧化古细菌发现较晚。在2005年,Knneke等人。首先分离出氨氧化古细菌。首次,Park等人。发现污水处理厂的实际硝化单元中存在氨氧化古细菌。在这些污水处理厂中,生化池是一个缺氧环境(DO小于0.2 mg / L),可实现同时硝化和反硝化。

污水处理池中最常见的硝化细菌是亚硝化单胞菌。在最佳生长条件下,生育期为8h。光伏曝气系统仅在白天工作,池中的溶解氧在白天波动很大。曝晒约1小时后,池中的DO已耗尽,类似于间歇曝气,但由于曝气时间短(晴天≤9h/ d),曝晒时间长(≥15h/ d)和具有与常规间歇曝气工艺不同的特性。在停机阶段,反应池长时间(≥14h)处于缺氧甚至厌氧状态,其中氨氧化细菌的生长受到抑制。从图2和图4可以看出,光伏A / O电池具有明显的氨氧化作用,推测在光伏A / O池中可能存在具有较高O2亲和力的氨氧化古细菌,可以是适应。长期缺氧环境同时与异养细菌竞争O2,并通过氨氧化获得能量以实现增殖。

厌氧池主要通过吸附,沉淀和微生物同化作用去除污水中的总氮。启动成功后,光伏A / O池通过硝化反硝化将污水中还原的NH3-N转化为N2,从而达到反硝化的目的,TN的去除率明显高于厌氧去除率。

2.2除磷效果
进出中试厂的磷的变化如图5和6所示。在整个运行期间,厌氧和光伏A / O电池的SRP平均去除率分别为46.0%和66.3%,而厌氧和光伏A / O电池的SRP去除率则分别为5%和66.3%。 TP的平均去除率分别为39.3%和66.2%。

图5 SRP去除效果

图6 TP去除效果

 

在整个运行期间,两套设备都没有排泥,因此生物中的磷积累对磷的去除几乎没有作用。推测主要的除磷机理是氢氧化Fe(III)和无定形亚铁化合物的吸附。因为在操作过程中镀锌铁皮的表面被腐蚀。在厌氧池中,一部分腐蚀溶解的Fe与S2-结合形成黑色的FeS沉淀(流出物变黑),而一部分则形成具有大表面积的凝胶状无定形亚铁化合物。化合物中磷含量高。吸附量和较低的结合能通过溶解的磷的吸附而去除(厌氧SRP的去除率高于TP的去除率)。在光伏A / O电池中,溶解的Fe在曝气阶段形成氢氧化物,例如Fe(OH)3和FeO(OH)。在停机阶段,某些Fe(OH)3和FeO(OH)可能还原为非晶态亚铁化合物,但不会将硫酸盐还原为S2-和亚铁,从而形成FeS沉淀物(清水)。诸如Fe(OH)3和FeO(OH)之类的氢氧化物比非晶态铁合金具有更小的比表面积,但与磷的结合更牢固,并且在光伏A / O电池中没有S2-与SRP竞争。 A / O池的磷去除率高于厌氧池。

2.3 COD去除效果
中试厂进水和出水COD的变化如图7所示。在整个运行期间,厌氧池和PV A / O池中COD的平均去除率分别为64.2%和79.1%,厌氧池和PV A / O库中废水的平均COD为62. 95 mg / L和38.67 mg / L。厌氧池的去除率随进水浓度的变化很大,而PV A / O池的去除率相对稳定,表明PV曝气接触A / O池具有较强的抗COD冲击负荷能力。

图7 COD去除效果


2.4工程能效分析
大理市年平均降水量为107.98mm,冬季为夏季干雨,冬季半年(明年11月至次年4月),旱季降水仅占夏季半年(5月至10月)年降水量的5%至15%。 )雨季的降雨占全年的85%至95%,年平均日照时间为2 276.6h,年平均晴天数为230天。太阳能资源丰富。

西城围村污水处理厂设计处理能力为60m3 / d。它已经完成并于2010年6月投入运营。2011年5月,在其厌氧池中安装了光伏曝气系统,以将厌氧池转变为光伏A / O池。 。使用150W单晶(12VDC)光伏面板和120W DC气泵(12VDC,120L / min)。气体与水的比例为8:1。没有电池。直流泵直接连接到光伏面板。阳光充足的曝气系统的正常工作时间通常可以达到7到9个小时,并在下雨天停止工作。

气泵数量为8,光伏板的总功率为1200W。目前(2012年2月),市场上光伏板(单晶硅)的价格为8元/ W,系统光伏板的采购成本为9600元(1200W×8元/ W)。同时曝气量和局部曝气量为1元/ kW·h,常规曝气系统年电费为1 987.2元(0.12 kW×8台×9小时×230天)。

与传统的曝气系统相比,光伏曝气系统仅增加了光伏面板的购买成本(直流泵和交流泵的购买成本相当),并且没有运行电费。根据2012年2月的成本计算,在使用光伏曝气系统4.8年之后,购买成本可以抵消传统曝气系统的电费(光伏板的使用寿命为10至15年)。随着技术的进步,光伏面板的成本将进一步降低。因此,在中小型农村污水处理中,采用光伏曝气代替传统曝气,在技术和经济,特别是太阳能资源方面具有广阔的发展前景区域。

目前,西城围村光伏曝气系统已正常运行10个月,但在强光照条件下,直流气泵将过载。考虑添加直流稳压器以实现直流气泵的稳定运行。

3结论
(1)首次将光伏面板直接连接到直流气泵,同时气泵实现曝气和再循环,大大减少了光伏曝气系统的设备数量和建设成本。
(2)PV A / O池运行约100天后,自启动完成,氨氮去除率最高达到77.0%。系统中可能存在具有高亲和性的O2氨氧化古细菌。
(3)这两个中试装置对磷的去除具有一定的特异性,这可能是氢氧化铁(III)和镀锌铁腐蚀形成的非晶态亚铁合金对磷的吸附和去除。
(4)通过实际工程改造后的能效分析,光伏曝气代替传统曝气在中小型农村污水处理设施中具有广阔的发展前景,但光伏间歇曝气下的脱氮机理仍需进一步研究。研究。

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