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降流式生物活性炭滤池反冲洗方式的研究
作者:管理员    发布于:2018-06-23 14:03:15    文字:【】【】【

  基金项目:国家水体污染控制与治理科技重大专项(2009ZX07423-003)传统的臭氧-活性炭工艺,很难满足GB18918―2002中规定的氨氮饮用水出水标准,并且在南方湿热地区,传统的O3-BAC工艺存在微型生物泄露的现象,华南理工大学陆少明研究开发的新型臭氧-炭滤-消毒-砂滤组合O3-BAC工艺,彻底解决了O3-BAC深度处理出水微型生物穿透问题。

  但是在新型工艺运行的过程中,活性炭表面和滤床中的生物和非生物颗粒的数量不断增加,造成滤床水头变大,通水能力降低,不但影响产水量,还影响出水水质,所以需要对活性炭滤池进行定期反冲洗。由于新型OrBAC工艺中的炭滤池中置,待滤水不经由砂滤池而直接进入炭滤池,使得炭滤池的负荷变高,相对传统工艺而言,悬浮物增多,水头损失增长更快,从而影响炭滤池对有机物的吸附降解,反冲洗是维持设备正常运行的保证。但如果冲洗的过度频繁,势必造成活性炭的机械磨损,缩短实用寿命。室外给水设计规范推荐炭滤池的反冲洗周期一般为36d为宜。本文以广州某自来水厂中试设备为是试验对象,结合降流式双层滤料曝气生物活性炭滤池的特点,对比试验了不同炭滤池反冲洗方式的效果,已达到降低降流式炭滤池水头损失,维持有机物高去除率,缩短反冲洗时间和延长反冲洗周期的目的。

  1试验部分1.1中试工艺流程及工艺参数中试流程:水厂沉淀池出水臭氧氧化―曝气炭滤加氯消毒―砂滤。试验用水引用水厂沉淀池出水,试验规模为512m3/h.降流式生物活性炭滤池进水来自传统O3-BAC水厂沉淀池出水。

  预臭氧接触塔:臭氧投加量为0.3mg/L;主臭氧12min,主臭氧投加量范围00.5mg/L;降流式炭滤池:  根据张朝晖的研究理论,在饮用水深度处理工艺的生物活性炭滤池中,进水浊度很低,截留在炭床上的无机颗粒很少,造成炭床堵塞的主要是生物颗粒,在反冲洗过程中去除的基本都是微生物(主要为菌胶团或者生物膜碎片),细菌数远远高于无机颗粒数,因此炭床反冲洗废水的浊度主要是由微生物引起的。因此,本试验选取降流式炭滤池的反冲洗排水浊度以及炭滤池水头损失的变化情况作为研究对象,通过对比不同冲洗方式对这2个因素的影响以及炭滤池在不同反冲洗周期下对COD去除效果和对出水微型生物的影响,最终确定出最适合新型O3-BAC组合工艺中降流式炭滤池的反冲洗方式。

  不同反冲洗方式如表1所示。

  表1反冲洗方式Tab.1方式反洗周期/反冲洗流程反冲洗时间,冲洗强气,气洗+下排水水洗气洗水洗气洗水洗气洗水洗对于中置炭滤池,确定反冲洗方式的主要指标是水头损失和反冲洗排水浊度。CODwn:酸性高锰酸钾滴定法;浊度:HACH2100N浊度仪;水头损失:测压管法。

  2结果与讨论2.1炭滤池不同高度浊度变化降流式生物活性炭滤池不同高度平均浊度变化如所示。降流式生物活性炭滤池用的是柱状炭与双层陶粒滤料。逆水流方向,从下至上,从配水区的第1个取样口开始(距池底0.1m),至陶粒层底部的第2个取样口(距池底0.83m),再到位于活性炭层底部与陶粒层交接处(距池底1.83m),依次定为1、2、3号取样口。从3号取样口开始,每上升0.5m设一个取样口,总共设6个取样口。

  降流式炭滤池活性炭层直面待滤水,首先接触待滤水中的浊度。由可知,整个活性炭层基本处于浊度0.81.2NTU左右的环境下。活性炭层平均节流了0.4NTU的浊度,而水流经陶粒层后,在0.831.83m取样口的出水浊度仅仅下降了0.22NTU,炭层截滤了76°%的浊度。由此可知,悬浮物主取样A度/m图I炭滤池不同高度平均浊度变化Fig.lThevariationofeffluent要积累在降流式炭滤池上部炭滤层。所以,反冲洗时应选择让水流从下至上的冲洗方式。

  2.2炭滤池反冲洗水头损失变化浊度0.470.88NTU,降流式炭滤池水头损失变化如所示。

  时间/d活性炭滤池反冲洗前后水头损失变化Fig.2Thevariationofheadloss根据AhmadR的研究结论,颗粒脱附的前提条件是外加脱附力大于颗粒所受得粘附力,而非生物颗粒的粘附力主要由范德华力和化学键力构成。对于生物颗粒,微生物的疏水性及胞外物质会产生相当程度的微观引力。单一水冲的传统方式不仅仅造成对水资源的极大浪费,而且很难将生物颗粒从活性炭中脱附,需要加入气冲来提高冲洗效率。有生物膜的活性炭体积质量小,汽水同时冲洗的控制要求高,所以设计思路为气水两段冲洗。气冲强度过低,不能使生物活性炭上的生物膜脱落,冲洗强度过高将导致炭上的生物膜脱落严重,微生物被过量冲出,影响下一轮微生物挂膜和生物活性的发挥,继而影响生物活性炭的处理效果。

  降流式炭滤池运行3d后,用反冲洗方式1冲洗,将池内污染物通过下排水的方式从排空阀排走,水头损失由原来的41.4cm下降至24cm,排水浊度仅为15.7NTU.由于反冲洗周期较短,池内蓄积的浊度物质少。于是采用反冲洗方式2冲洗,将设备运行周期延长至5d;在反冲洗方式2中,缩短气洗或者水洗的时间,并且提高气水反冲洗强度,水头损失反洗周期/d一仅仅从原来的36.5cm降低至34cm,反洗效果不明显,不能达到预期的处理效果。再运行5d后,采用反冲洗方式3进行冲洗。适当增加水洗的时间,水头损失从46.2cm降低至27cm.延长反冲洗周期至7d,用反冲洗方式3进行冲洗,水头损失从57cm降低至24cm,则说明在反冲洗周期为7d时,通过反冲洗方式3依然能很好的控制水头的增长。

  使用方式3进行反冲洗,周期为7d时反洗废水浊度如所示。

  时间/min方式3反冲洗排水浊度2.3反冲洗方式对COD的影响降流式生物活性炭经过一段时间的运行,滤料之间以及活性炭表面蓄积的生物颗粒及非生物颗粒逐渐增多,严重影响了有机物降解的效果,使得出水CODm不达标。经过反冲洗后,滤层上面截留的生物膜以及悬浮的无机颗粒被去除,炭滤池的有机降解作用被还原。降流式炭滤池在各反冲洗周期内对CODm的去除效果如所示。

  由可知,炭滤池在不曝气的情况下,反冲洗周期分别为3、5、7d时,降流式炭滤池对COD的去除率分别为34.1%、30.0°%、21.4%;随着炭滤池反冲洗周期延长,对有机物的去除效果逐步降低。当开始曝气并且气水比为。2:1时,尽管反冲洗周期延长至7d,但是降流式炭滤池对COD的去除率也有27%.分析原因,这是因为在曝气过程中气体与水产生的剪切力与拖拽力将活性炭表面的生物膜与无机颗粒擦除,类似于轻微的气洗,再加上米用双层滤料的设计,活性炭表面保持着“干净”状态,有利于保持对COD的高去除率。

  2.4反冲洗周期对出水微型生物的影响不同反冲洗周期内,降流式炭滤池出水微型生物种类和密度如表2所示。由表2可知,反冲洗周期为5d的炭滤池出水的微生物数量远远少于反冲洗周期为7d的出水。反冲洗不能彻底解决微型生物穿透的问题,但是如果适当的缩短反冲洗周期,可以在一定程度上控制炭滤池内的微型生物滋生,减少其出水穿透的微型生物。

  反冲洗周期/d底栖生物/(个m-3)浮游生物/(个m-3)摇蚊幼虫线虫猛水水螨剑水蚤轮虫弯尾变形蚤虫3结论在新型炭滤-砂滤组合臭氧活性净水工艺中,降流式炭滤池采用双层滤料设计,使污染物主要集中于1.83m以上的炭滤层,而轻质陶粒垫层只吸收少部分浊度。因此降流式炭滤池反冲洗时应该选择水流从下至上的方式。

  降流式生物活性碳滤池适宜的反冲洗方式为:先气洗5min,强度为15L/(m2‘s),然后水洗10min,强度8L/(m2’s),反冲洗周期可以延长至7d,并且能够有效地控制后续水头损失的增加。反冲洗后的出滤水被后置砂滤池处理,不会对系统最终出水水质产生影响。

  在不曝气的情况下,炭滤池对COD的去除效果随着反冲洗周期的延长逐步降低;但降流式炭滤池在0.2:1的曝气状态下,反冲洗周期长达7d时,对有机物的去除率仍然能保持在27°%左右。

  缩短反冲洗周期可以在一定程度上控制肉眼可见微型生物的滋生,对于新型炭滤-砂滤组合臭氧活性净水工艺来说,为抑制炭滤池微型生物穿透问题,最佳的反冲洗周期应该定位5d.

脚注信息
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