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国产火山岩滤料和进口火山岩滤料在污水处理中的研究

时间:2021/08/09点击:

摘要:淮安第二污水厂采用曝气生物滤池工艺,对进口火山岩滤料与国产火山岩滤料进行了一系列对比试验,结果表明:国产火山岩滤料达到处理效果明显优于进口火山岩滤料。

生物滤池工艺,是近年来兴起的污水处理生物膜法中的一种,净化原理是利用微生物附着在载体表面生长而形成膜状,污水流经滤料表面和生物膜接触时,水中的有机物被微生物吸附、稳定和氧化,最终转化为H2O、CO2和微生物细胞物质,污水得以净化。作为生物膜载体—滤料, 其选择是生物膜反应器技术成功与否的关键之一,它决定了反应器能否高效运行,能否在水处理中得到更广泛的推广与应用。

淮安第二污水处理厂由同方股份有限公司以BOT形式投资建设,工艺处理规模10万吨/日,采用一级强化处理+曝气生物滤池,曝气生物滤池设计采用进口火山岩滤料。本研究采用国产、进口火山岩滤料进行对比试验,主要从技术参数、经济成本和运行效果等方面来综合考察两种滤料对滤池处理效能的影响。

1 两种滤料性能参数对比

火山岩滤料的主要化学成分为SiO2、CaO、MgO、FeO3、FeO、Al2O3、 K2O、 Na2O等,本身具有惰性,在环境中不参与生物膜的任何生物化学反应,不会被生物降解,长期浸泡也不会向水体释放有毒有害物质,无二次污染。以下是两种滤料技术参数对比,见表1:

表1 两种滤料主要性能

特性名称 进口火山岩滤料 国产火山岩滤料
粒径/mm 2.5-5 3-5
有效粒径/mm 2.7 3.4
堆积密度/(g/cm3 0.8 0.75
颗粒密度/(g/cm3 1.55 1.66
孔隙率/% 48.4 54.8
摩擦损失率/% <5 <1

从表中可以进行一一对比:

(1)国产滤料有效筛孔粒径比进口滤料粒径大0.7mm,一般粒径越大其含污量越多。因此,国产滤料滤层的含污能力偏大。实际生产运行中,笔者发现国产滤料更易于与污水分离;而进口火山岩滤料由于粒径小,容易形成板结,从而造成布水布气的不均匀。

(2)正常情况下,生物滤池滤料的颗粒密度大小关系到生物滤池反冲洗强度的大小,密度越大,反冲洗强度越大,需要的能量消耗越大,反之亦然。国产火山岩滤料颗粒密度略大,反冲洗时不易膨胀疏松,故相应的增大反冲洗耗水、耗气。

(3)国产火山岩滤料开孔率较高,对滤料层的水流阻力相对较小,节省能耗;反之,选用进口滤料,对生物滤池阻力大,易引起滤池堵塞。

(4)国产火山岩滤料摩擦破损的机械强度明显低于进口滤料,说明国产滤料在反冲洗过程中耐水、气冲刷能力强,摩擦碰撞的破损系数低,能有效的保证滤料使用寿命;而进口滤料易于破损,其后形成小的轻质碎滤料容易随出水流走,增加滤料的流失。

左侧国产火山岩滤料色泽发黑、开孔较多,表面比较粗糙;右侧进口火山岩滤料色泽灰白、孔眼密实、较少,表面粗糙度小。

2 滤料的经济性对比

生物滤料在整个曝气生物滤池的造价中占有较大的比例,价格高低必然影响着工程投资和运行费用。所以在选用生物滤料时,除了要重视滤料本身物理、化学特性外,其价格因素也应在考虑范围之内。表2为两种滤料的价格比较。

国产火山岩滤料和进口火山岩滤料在污水处理中的研究

表2 两种滤料经济成本比较

名称 数量/m3 单价/元 总价/万元
国产火山岩滤料 320 810 26
进口火山岩滤料 320 5000 160

通过此表不难看出,两种滤料价格悬殊之大。在对比滤料的性能及价格后,笔者认为选用价格相对低廉国产火山岩滤料更可靠可行。实际运行中两种滤料均能满足设计要求,并且出水均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)的一级B排放标准。但相对而言,选用国产滤料更加经济、合理。

3 实际运行效果

3.1 挂膜对比

本试验曝气生物滤池生物膜采用直接挂膜进行培养。其中2#滤池和4#滤池分别选用国产火山岩滤料和进口火山岩滤料。进水量由设计水量的1/4(水力负荷1.09m3/m2·h)逐步增加至设计水量10万吨(水力负荷4.34m3/m2·h)。

一周后观察滤料上微生物生长情况,发现2#滤池国产滤料表面形成生物膜比4#滤池进口滤料多,说明2#滤池初期挂膜快,部分好氧微生物在其滤料表面生长较快。从感观上判断,出水清澈度优于4#滤池,由最初浑浊变为较清澈。为了保证其滤料上的生物膜活性,在第10天对两组滤池进行反冲洗,冲刷老化生物膜,其后每2天反冲洗一次。监测COD数值,两组滤池COD维持在60mg/L以下,基本趋于稳定。培养期间COD监测数据,如表3。

表3 两种滤料COD结果对比

天数 进水/(mg/L) 2#滤池出水/(mg/L) 去除率/% 4#滤池出水/(mg/L) 去除率/% 水力负荷/(m/h)
1 187 88.5 52.7 91.3 51.2 1.09
5 155 80.3 48.2 82.5 46.8 1.09
8 167 63.8 61.8 68.1 59.2 2.17
10 159 66.4 58.2 62.7 60.6 2.17
12 183 52.9 71.7 52.8 71.1 2.17
13 160 44.8 72.0 60.4 62.3 2.17
14 168 42.2 74.9 58.7 65.1 4.34
15 172 43.6 74.7 43.4 74.8 4.34
16 160 38.9 75.7 46.2 71.1 4.34

本次试验以出水COD低于60mg/L为培养成功的指标。结果表明:国产火山岩滤料所用时间12d,进口火山岩滤料所用时间为14d。

3.2 反冲洗恢复期的对比

滤料反冲洗效果的好坏直接关系滤池工艺运行的好坏。好的滤料反冲洗容易进行,且在反冲过程中不因反冲强度过大造成滤料流失,相应的微生物活性恢复较快,对出水指标影响甚微。

为弄清国产火山岩、进口火山岩两种滤料对反冲洗运行效果的影响,故对两种滤料反冲洗前后出水COD、NH3-N指标进行分析,以下是反冲洗前后滤池出水水质变化国,见表4。

表4 两种滤料的恢复期出水水质(mg/L)

国产滤料 恢复时间/h COD NH3-N 进口滤料 恢复时间/h COD NH3-N
反冲前0.5h 48.2 6.68 反冲前0.5h 48.2 6.68
反冲后0.5h 78.5 12.4 反冲后0.5h 62.3 11.2
反冲后1h 42.3 6.01 反冲后1h 46.2 7.58
反冲后2h 35.5 5.39 反冲后2h 38.2 6.28
反冲后4h 24.2 4.99 反冲后4h 32.1 6.89

由表中可以得知,两种滤料COD、NH3-N指标在反冲洗后0.5h出水效果均较差。由于反冲洗刚洗去老化生物膜及滤料间截留的杂质,出水未及时恢复,监测指标数据较高。在反冲洗后0.5h中,国产滤料出水指标略高于进口滤料,笔者认为由于国产滤料表面粗糙度大,利于挂膜,微生物生长繁殖较快,故附着的生物膜量多,从而导致脱落的老化生物膜较多。随着时间的推移,反冲洗后1h左右两种滤料出水指标基本恢复,且国产滤料整体出水水质较进口滤料恢复的快,4h两种滤料达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)的一级B排放标准。

4 结论

通过两种滤料性能比较,笔者认为国产火山岩滤料对滤池处理效能发挥作用更大;从滤料经济成本考虑,廉价的国产火山岩滤料可节省投资,降低成本,因此,选择滤料可以兼顾价格,优化选择;从滤料挂膜效果来看,国产火山岩滤料挂膜时间短,耐冲击负荷能力强,运行效果较稳定;从反冲洗后恢复期分析,国产火山岩滤料恢复较快,明显优于进口火山岩滤料。整体来看,国产火山岩滤料综合处理效果优于进口滤料。