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黑臭水体治理工艺方案

发布时间:2019-10-31 14:07:34  中国污水处理工程网

    黑臭水体一直是水环境的一个严重问题,水体灰黑恶臭影响了广大城乡居民的生活质量。大量工业废水汇入河流,导致水体发生黑臭现象,水生态系统也在面临巨大的挑战。目前,黑臭水体的治理主要有3种方式,物理法、化学法和生物法。物理法是指利用材料物理特性的方法,例如利用碳吸附的物理特性,以及用网来吸附某些固体物质,最终达到净化的效果。化学法是指经过一系列的化学变化,例如酸碱中和,酸性物质过高,可以通过添加碱性制剂来平衡水体酸碱度。当污水中含有有害物质时,可以通过添加另一反应物与之发生化学反应,生成不溶于水的物质或无害物。例如硫酸铜CuSO4,就可以用氢氧化钡Ba(OH)2来反应,生成物都为不溶物,即达到了处理的效果。生物法,许多植物、藻类本身带有净化水体的能力,通过自身微生物的降解,可以和黑臭水体中的有害物质进行分解,最终达到治理黑臭水体的效果。物理法和化学法对黑臭水体短时间内可以达到良好效果,但都不能从根本上有效治理。生物法治理黑臭水体周期较长,对一些特定的工业废水中的重金属离子不能有效降解。因此单一的方法治理黑臭水体,都不能达到长时间有效的治理,其效果也存在缺陷。因此,应当根据河流水质的自身特点,制定不同的治理方案,多种治理工艺相结合,达到水质净化的目的。
    大沽排水河为天津市西青区代管二级排水河道,起于三孔闸,止于西青津南交界,全长24.02km,堤顶高程3.5~6.0m,河底高程-0.2~-0.53m,上口宽20~25m,下口宽8m,边坡比1:2,河底坡降1/20000,设计水位2.7m,设计体积流量8m3/s。河道来流水体水质指标较低,入境后,指标升高再降低,但仍为GB3838-2002劣V类,氨氮含量、高锰酸盐指数、COD较高。周边养殖废水排放问题较严重,且存在雨污合流和管网盲区问题。
   采取分级处理黑臭水体。一级采用孔板式细格栅,沉砂池和沉淀池进行初步栅渣、沉砂和污泥处理;二级采用生物膜-膜反应器(复合MBR)装置处理。使其最终达到GB3838-2002的V类水标准。

    1、水质指标

    1.1、仪器
    表1是大沽排水河不同断面的水质监测数据。结合大沽排水河水质数据,计算综合水质标识指数Iwq:


    式中,X1、X2由计算获得,X1为河流总体的综合水质类别,X2为综合水质在X1类水质变换区间内所处位置,判断水质等级只需参考X1,X2即可;X3和X4根据比较结果得到,X3为参与综合水质评价的水质
    指标中,劣于水环境功能区目标的单项指标个数;X4为综合水质类别与水体功能区类别的比较结果。

    1.2 设计进出口水质
    由大沽排水河水质监测数据明显可以看出,位于精武镇入境断面的水质相对最为严重。以此作为设计水质指标进口处的参照标准,见表2

    2、污水处理工艺及流程

    2.1、工艺原理
    在复合MBR系统中首先加入填料形成生物膜,和悬浮生长的微生物共同达到对黑臭水体污染物的降解效果,两者之间的交互作用同时增强了膜生物反应器系统的整体的调节机制,使复合MBR系统增强了一定的抗冲击负荷能力。在复合MBR系统中加入填料的目的首先是为了增强系统整体的抗冲击能力,以此来保障对黑臭水体的治理效果;其次是通过添加填料,降低反应器中悬浮状态下活性的污泥含量,膜不易受到污染,进而保证了较高的膜通量。

    2.2、工艺流程
    对黑臭水体水样采取分级处理措施:一级采用孔板式细格栅、沉砂池和沉淀池进行初步栅渣、沉砂和污泥处理,二级运用生物膜-膜生物反应器处理。具体包括生物膜、曝气管、曝气槽、填料以及鼓风机。见图1。

    3、主要设备及其参数
    该装置以一体式MBR为基础。膜组件浸没在生物反应器中,出水需要通过负压抽吸经过膜单元后排出。体积小,整体性强,工作压力小,节能且不易堵塞。

    1)膜材质与组件。采用管式陶瓷膜,密封材质为硅橡胶,可以有效避免有机膜的不足,并且化学性质稳定,抗污染能力强,耐高温和酸碱,可以在恶劣的环境下使用,机械强度高,寿命长。组件结构简单,12芯,用于中小规模的水处理,更换方便,进水预处理要求低,易清洗。

    2)膜种类。采用微滤膜(MF),孔径为0.1μm,可分离0.2~1μm的大颗粒和大分子物质,操作压力为0.1MPa。

    3)鼓风机。曝气风机采用回转式鼓风机,选用3台(1备2用),净质量120kg,风量1。09m3/min,频率50Hz,转速430r/min,功率为1。5kW,排风口径为40mm。

    4)格栅。格栅选取孔板式细格栅,主体材质为SUS304,栅隙为6mm,电机功率为1.8kW,栅前水深1.0m,设备长1230mm,设备宽1000mm,分离效率可达80%以上。

    5)沉砂池。曝气沉砂池,水平流速6cm/s,宽深比1。2,停留时间5min,穿孔曝气管材质为SS304,直径5mm。

    6)沉淀池。斜管沉淀池,斜管孔径90mm,与水平夹角60°,污水流速0.6mm/s,表面水力负荷2.3m3/(m2•h)。

    4、运行效果
    装置于2018年7月15日开始实施,自7月15日-9月15日对进、出口断面水质进行监测,历时2个月,监测频率为2次/周,共监测16组数据。COD、TP、NH3-N的最终去除率见表3。

    4.1、COD的去除
    装置对COD的去除效果见图2

    由图2可知,该装置治理的COD有明显下降趋势,进口断面为57.13mg/L,经过16次监测后,出口断面COD降为36.61mg/L,去除率35.92%。COD降解速率在第1个月末达到最大,之后去除效果缓慢,最终COD稳定在36mg/L左右,达到GB3838-2002的V类水标准。

    4.2、NH3-N的去除
    装置对NH3-N的去除效果见图3

    由图3可知,该装置对NH3-N去除效果与COD去除效果明显不同。进口断面NH3-N的质量浓度8.82mg/L,最终出口断面NH3-N的质量浓度3.55mg/L,满足近期对NH3-N治理的设计要求。去除率达到59.75%。装置前期对NH3-N去除效果更为明显。

    4.3、TP去除的效果
    装置对TP的去除效果见图4。

    由图4可知,对TP的去除效果近乎线性关系。进口断面TP的质量浓度2.18mg/L,治理2个月后,TP的质量浓度下降到0.48mg/L,满足近期对TP治理的设计要求,去除率达到77.98%。对TP含量数据和监测周期进行分析,可得出的经验公式ρ(TP)/(mg•L-1)=2.248-0.1248x(x为检测次数),相关系数R2=0.9755。

    5、结 论
    针对河流黑臭水体,采取分级处理措施。一级处理工艺采用孔板式细格栅,沉砂池和沉淀池进行初步栅渣、沉砂和污泥处理。二级处理工艺运用生物膜-膜反应器(复合MBR)处理黑臭水体。
    最终大沽河排水主要污染物COD和NH3-N、TP的质量浓度由最初的57.13mg/L和8.82、2.18mg/L分别下降到36.61mg/L和3.55、0.48mg/L,最终去除率分别达到35.92%和59.75%、77.98%。满足初期设计出口水质指标,COD最终达到GB3838-2002的V类水标准。长时间以此治理黑臭水体,有望达到V类水标准。
    本设备体积小、整体性强、工作压力小且节能[10]。若采用超滤膜,选取更大型号的设备,对水体的治理效果将更为显著。但运用生物膜技术治理黑臭水体,膜易受污染,且造价昂贵,因此作为城市治理污废水尚未得到推广与普及。为此,还要做更深入的研究。

作者:赵鹏,孙书洪

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