传统活性污泥工艺的传质强化均匀受限工艺的研究与应用高艳玲

第41卷第3期2004年9月中国环境管理干部学院学报JOURNALOFEMCCVol.14No.3SeP.2004文章编号:1008一813(2004》03一0046一04中图分类号:X073文献标识码:A传统活性污泥工艺的传质强化—均匀受限工艺的研究与应用高艳玲`,于德强2,王汛3(1.中国环境管理干部学院,河北秦皇岛066004;23.杭州市萧山区排水管理处,浙江.北京市市政设计院,北京100045杭州311201)摘要:依据惯性效应理论进行污水好氧处理的强化传质试验及工程实践,对曝气池工艺动力学的基本理论进行深入研究。试验及工程应用表明,提高曝气均匀度和加强多相物系中微涡漩的离心惯性效应,可促进物相接触和相界面更替,为活性污泥(或生物膜)、有机底质与氧气进行生化反应提供良好动力条件,提高反应效率,缩短反应历程;试验工艺及实际工程中氧利用率最高可达48%以上;COD容积负荷8.1一9.okgCOD/m3·d;较常规工艺可降低曝气池工艺一次性投资,节省运行能耗,出水水质稳定可靠。关键词:污水好氧处理;均匀受限;瑞流剪切;生活污水;屠宰废水APPlicationandStudyOfWell一DistributedLimited一Aeration&StrengthenMassTransferOfTraditionalActivatedSludgeTechnologyGAOYan一lingl,YUDe一qiangZ,WANGXun3(1.Environmental加耘nagementoCllegeofChina,QinhuangdaoHebei066004;2.BeijingCit少PlanningInstitute,Beijing100045;3.DarinageAdministrationof厂艺eeo了.XiaoshanDistrict,HangzhouZh刃iang311201)Abstraet:Bytheexperimentandaetualengineering、、fstrengthenmasstransfer,whiehbasedontheInertiaEffeetsTheory,thebasietheor冬,of:,。、rationbasinteehnologykinetieswasdeeplystudied.Theexperimentandprojeetapplic。、tionshowedthatenhaneingaerationeven-nessandintensifyingtheeentrifugalinertiaeffeetsofmierovortexinthemulti一phasemate-rialsystemeanaeeelerateeontaetofmaterialphaseandtheehangeofphaseinterfaee,whieheanprovidewellkinetieseonditionofbioehemiealreaetionforaetivesludge(orthebiomem-brane),organiematterandoxygen,inereasereaetioneffieieney,redueereaetionproeess.TheutilizationeffieieneyofoxygenCanreaehto48%intheexperimentteehnologyandaetualengineering.TheeubageburdenofCOD158.1一9.0kgCOD/m3·d.Comparedtoeonven-tionalteehnology,iteanredueetheinvestmentofaerationbasinteehnology,spareenergyeostandthequalityofdisehargewater15steady.收稿日期:2004一06一25作者简介:高艳玲(1970一),女,河北唐山人,在读哈尔滨工业大学博士,讲师。DOI:10.13358/j.issn.1008-813x.2004.03.0132004年第3期高艳玲于德强王汛传统活性污泥工艺的传质强化一均匀受限工艺的研究与应用Keywords:aerobiewastewatertreatment;wastewater;s!aughterwastewater;aerobiceven一limitedsystem;onfloweut;multipletreatlllefltaetivesludgestrengtheningteehnology12试验原水水质取生活污水作为试验原水。该试验在北方城市室外进行,试验时间为5月份至功月份,因而试验受温度影响较小。水质如下:表1试验废水水质(单位:rng,l/)Table1ThequalityofexPerimentalwastewater(unit:mg/l)项项目目C()DDDBOD:::PHHH氨氮氮总PPPSSSS浓浓度范围围103336OOO6.44410.8882.4446555一一一75000一22666一8.222一44.333一15.888一38555经经常值值130007000666620004.22211000一一一37000一13777一7.555一3000一13.555一330003试验结果在试验中,稳定运行后工艺处理coD、B()D。曲线如下:一泊产~进水BOD门ó0()n只以门-口t.且下.1ǎù锄三à白O山:飞45678910111艺1314!5口期(d)图2试验工艺进出水B()D:浓度对比曲线Figure2TheeontrasteurveofB()D:eoneentrationofin一and一outflowofexperimentalteehnology(BOD。容积负荷=3.gkgB〔)D/m3.d):::进水COD出水COD0nnUn一ó口n只曰自门一nú21ǎ一谕三à口O妙污水好氧处理效果取决于污水水质、环境因素、微生物的浓度及特性、物系间传质动力学过程。当污水水质、微生物环境特性确定后,工艺动力学过程制约工艺反应速度。本文所做传统活性污泥工艺的传质强化研究通过均匀受限工艺来有效提高多相物系的分散度、加强传质扩散来促进生化接触反应,提高反应速率,缩短反应时间,减小曝气池体积,降低工程造价及运行成本。1试验研究污水好氧处理工艺构筑物中是多相共存体系,多相流动物系的传质规律表明,亚微观细部传质阻力比宏观传质阻力高几个数量级,因而该传质过程成为污水好氧处理中决定效率的动力学过程。试验研究的主要目的是加强曝气工艺中曝气分布均匀度和有机底质、氧气、微生物菌团三相物系亚微观传质,从而提高氧的利用率和处理效率。1.1试验装置及工艺流程试验工艺曝气池由均匀曝气设备和受限传质设备组成。试验中均匀受限曝气活性污泥反应器的有效容积为20m3,进水流量为12m月/h,设计污泥回流比为50%,不同的有机负荷通过改变处理量来实现,供气量通过气体流量计控制调节。在改变试验条件时,取运行稳定后的试验结果。试验启动后,每天在固定取样点取样观察SV%、生物相,并测定相应的pH值、溶解氧、MLSS、进出水COD、BOD等,对有机负荷率、气水比等不同条件下的有机物降解规律及活性污泥增长规律等进行研究,以寻求工艺的最佳控制参数。黑龙江省重大科技攻关课题(合同编号:GB98I、18一1)~,`-.一.一试验装置二沉池}}}}}}}{{{}}}}}}}}川川川节节.................、犷\、、\\\{{{{}}{日!{{{{{{}}}日川川剩余污泥回流泵图1均匀受限活性污泥强化工艺流程图Figure1Theflowehartofeven一limited1之3魂56了8910111艺l二弓1415口期{d)图3试验工艺进出水COD浓度对比曲线Figure3TheeontrasteurveofC()Deoneentrationofin一and一outflowofexperimentalreehnology(C()D容积负荷=9.okgC()D/m3.d)中国环境管理干部学院学报2004年9月试验工艺中设置了泥水混合扰流扩散设备,从而使回流污泥与污水混合均匀,作为生物膜附着载体和三相物系传质流动通道的固定式竖向受限传质器置于曝气池内,受限器之间间隔30omm,池底设大型微孔曝气头。在好氧条件下,池内生长的大量悬浮态活性污泥及附着态生物膜组成的微生物群体。试验表明,进水COD范围100一7oomg八,出水COD一般在10一60mgl/之间,COD去除率85%一95%;进水BOD范围68一14omg/l之间,出水B()D在4一18mg/l,BOD去除率95%;进水55范围120一33omg/l,出水55在5一3omg/l,55去除率90%;二沉池表观浊度3一10NTU;进水氨氮范围15一35mg/I,出水氨氮3一smg/1,去除率70一85%。工艺氧转移率为48%。对城市生活污水的试验研究表明,试验工艺水力停留时间1.0一1.Zh,气水比2.5一3.0:l,C()D负荷9.OkgCOD/时.d,氧利用率48师左右,处理后污水水质达到污水处理一级排放标准。2技术机理试验中在曝气池应用均匀曝气受限传质技术。该技术是使微气泡以一定速度从曝气头射出,离开曝气头的微小气泡在有效的扩散段内通过水流剪切力控制,迅速实现宏观均匀扩散,同时尽可能避免出现微小气泡合并。微气泡群体宏观扩散完善后进人受限填料区,在狭小空间的强湍流状态下大幅减小气泡凝并。好氧曝气属于气、液、固多相物系的生化反应过程,细微部的质量传递过程与蜚克定律所描写的宏观传质规律不同,属于亚微观传质范畴,传质阻力比宏观传质阻力高几个数量级。亚微观是介于宏观与微观之间,相当于湍流涡旋微结构尺度量级的研究领域。试验研究中的受限传质利用竖向通道的壁面对上升气流的约束作用,在水流中形成强扰动来造成水流中强烈的湍流剪切,并用它抑制气泡与活性污泥絮体的长大。多相物系掺混动力学的研究成二士。口、~~~_丫。__一、_、,-一..一二果表明,弗罗德数F二一告是反应湍流剪切作用的一””一’一’一一rgL~~~’llU’lbj刀火’尸”J曰J动力相似准则数,弗罗德数越大剪切作用越强。从式中可见,在同样流速下,流动空间越小剪切作用越强。因此,让气流通过一些小的竖向受限流动空间就可以造成强剪切,实现小尺度气泡与小尺度活性污泥絮体的强烈接触。在有侧向约束的条件下利用气流的上升作用增强了水流的湍动,同时利用湍动水流的剪切作用抑制气泡与活性污泥絮体的长大,有效地增加了气泡与活性污泥絮体的表面积,形成了曝气池高分散系、高传质的生化环境。曝气池中氧、有机底质与污泥传质关键在于活性污泥附液膜的传质,它取决于液膜厚度和液膜两侧浓度差。液膜厚度越薄浓度差越大则传质阻力越小。研究表明,在受限条件下,水气二相流中充满高比例高强度的微涡旋,利用微涡旋的离心惯性效应可减小液膜厚度和增加浓度梯度,加速微小气泡、活性污泥相对有机底质的迁移,大幅度增加亚微观传质速率和有机底质与氧向微小活性污泥絮体转移的速率。强化惯性效应增加湍流剪切力,降低了附液膜厚度;强化惯性效应提高了附液膜附近液相中氧与有机底质的补充速度,也就增加了附液膜内外的浓度差,有效地提高了生化体系的传质速度。工艺中曝气受限器的表面是生物膜的附着面,由于曝气受限器中湍流剪切很强,因此生物膜很薄且更新快,氧与有机底质向生物膜中转移速率高、生物膜活性好,传质强化工艺是高效活性污泥法与高效生物膜法的有机结合。3试验工艺在屠宰废水处理工程中实际应用3.1工程说明工程所在地为北方某市正阳楼屠宰厂。该工程2000年建设并投人运营。工程处理规模为48om3d/,均匀受限工艺采用2组并联竖井式流程,每组流程有5个相同单池串联组成,总有效容积为10Om3,水力停留时间为sh,设计COD容积负荷6.skgCOD/m3.d,设计气水比15:1,氧利用率34%,受限设备采用内切圆直径为50mm竖向