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加压与常压条件下生物接触氧化工艺性能比较 张 勇 1 张林生 2 夏明芳 3 张显球 1 王风贺 1 1.南京师范大学环境工程系, 江苏 南京 210042; 2. 东南大学环境工程系 , 江苏 南京 210096; 3. 江苏省环境科学研究院, 江苏 南京 210029 摘要 试验比较加压生物接触氧化法与同等条件下常规生物接触氧化法的运行参数及性能, 研究表明, 加压条件下生 物接触氧化法 性能 有较 大提 高。 在 P 0. 3 MPa 条件 下, 最 佳 HRT 为1. 0 h左 右, 当 CODCr容积 负荷 不超 过 15 kg m3d, 维持 DO 为 4～ 5 mg L, 则 CODCr去除率为 80～ 95, 出水 CODCr低于100 mg L, 气水比仅需 1～ 4 ∶ 1。 同等条件下常压生物接触氧化法气水比为 10∶ 1, HRT 为 1. 5～ 2. 0 h, 可承受的 CODCr容积负荷为5. 3 kg m3d。 关键词 压力 生物接触氧化 气水比 容积负荷 溶解氧 0 引言 生物 接 触 氧 化 法 biological contact oxidation process, BOC 是一种浸没型生物膜法, 以填料为载 体,供生物群栖息生长,形成稳定的生态体系 ,有较高 的微生物浓度 ,一般可达 10 ～ 20 g L , 为保证高浓度 微生物的正常代谢, 接触氧化池内的气水比需 15～ 20∶1, 溶 解 氧 含 量 一 般 才 能 维 持 在 2. 5 ～ 3. 5 mg L [ 1] 。深井曝气法利用静水压力把氧的转移 率由传统曝气法的 5～ 15提高到 60～ 90 [ 2] , 但深井施工难度大, 且存在渗漏时对地下水源产生严 重污染的威胁。 本研究将深井曝气的供氧理论应用于接触氧化 工艺中,采用加压供氧方式在显著降低气水比的同时 提高反应器中的溶解氧浓度。试验以同等条件下常 规生物接触氧化工艺处理性能为比较依据,探讨了加 压对生物接触氧化法性能的提升作用。 1 试验工艺及方法 试验工艺流程如图 1。氧化塔为不锈钢压力罐, 内径125 mm , 有效高度1. 5 m , 有效容积18. 4 L , 以水 泵增压 ,本试验控制压力为0. 3 MPa 表压 。以自吸 式射流器作为供氧装置, 氧化塔内填充 Υ100 mm多 孔旋转球型悬浮填料 , 填充率 35。为使试验具有 可比性 ,常规接触氧化法试验采用同一装置 ,在常压 挂膜后期生物膜成熟并稳定运行后测定该装置常压 条件下的最佳运行参数。 废水成份 将淀粉360 g 、葡萄糖220 g 、碳酸铵 224 g和磷酸氢二钾88 g溶于50 L水中配制成浓液, 以 某科研所生活污水 CODCr50 ～ 100 mg L 为稀释水, 1配水池; 2压力式接触氧化塔; 3气浮池; 4增压泵; 5液体 流量计; 6空气流量计; 7自吸式射流器; 8射流控制阀。 图 1 试验装置示意 按不同的稀释比得到不同浓度的模拟废水。 2 试验结果与分析 2. 1 加压条件下溶解氧浓度对处理效果的影响 在 P 0. 3MPa条件下, 通过调节不同的进气量 使反应处于不同的溶解氧浓度环境下,测定各工况下 的溶解氧浓度及进、出水 CODCr浓度, 确定溶解氧浓 度与出水 CODCr及 CODCr去除率的关系 ,如图 2 所示 。 P0. 3 MPa ,HRT 1. 8 h。 图 2 溶解氧浓度对处理效果的影响 由图2 可知 ,溶解氧对出水CODCr有一定的影响。 随着溶解氧浓度的增加, 出水 CODCr逐渐降低。当溶 解氧浓度达2 mg L时 ,出水 CODCr已低于100 mg L; 当 35 环 境 工 程 2008年 2 月第26 卷第1 期 溶解氧浓度达4 mg L以上时 , 去除率依然有上升趋 势,但增加幅度趋缓, 污染物去除率已增加不多。同 时随着供氧量的提高会带来能耗的增加 ,综合考虑处 理效率 、 能耗等因素 , 压力式接触氧化塔内溶解氧控 制在 4～ 5 mg L较为适宜。 2. 2 加压条件下压力对处理效果的影响 调节压力式接触氧化塔内压力 , 使 P 0、0. 1、 0. 2、 0. 3、 0. 4 MPa, 在各压力下调节气水比使溶解氧 浓度均介于 4 ～ 5 mg L , 测定各压力下的进 、出水 CODCr及 CODCr去除率 ,如图3 所示。因压力升高氧转 移率亦增加, 为保持反应器中的溶解氧浓度不变, 图3 中各个压力下的气水比不同, 压力越高, 气水比 越低。由图 3 可知, 在溶解氧浓度保持 4 ～ 5 mg L范 围内、进水 CODCr波动不大的情况下, 压力对处理效 果的影响不明显 ,这是因为微生物对 O2是通过简单 扩散的方式吸收的 [ 3] ,其动力主要来自于水中氧的浓 度梯度。当水中溶解氧浓度相同时 ,微生物耗氧速率 相近 [ 4] ,提高压力对有机物去除率影响不明显 。结合 图2 可知 ,加压的目的在于直接改善装置的供氧条 件,从而达到间接提升工艺性能的目的 。 HRT1. 8 h,DO4～ 5 mg L 。 图 3 压力对处理效果的影响 2. 3 加压与常压生物接触氧化法水力停留时间对比 试验 在 P 0. 3MPa条件下 ,进水 CODCr浓度400 mg L 左右 ,调节进水流量 Q 使处于不同的水力停留时间, 测定相应HRT 下的进 、 出水CODCr及 CODCr去除率 ,如 图4 所示。随着停留时间的增长 ,出水 CODCr去除率 增大 ,当HRT 达 1h 以后处理效果的增加已不明显, CODCr去除率可稳定保持在 85 左右 。根据试验结 果,压力式接触氧化法处理模拟废水, 水力停留时间 控制在1 h左右即可保持较高的去除率。 相同装置的常规接触氧化运行模式对比试验如 P 0 . 3MPa, DO4～ 5 mg L。 图4 HRT 对处理效果的影响 图5 所示 。为使试验具有可比性 ,在常压挂膜后期, 装置运行稳定后考察常规接触氧化法 HRT 对出水 CODCr其 CODCr去除率的影响。 进水 CODCr控制在 250～ 370 mg L , 由图 5 可知 ,CODCr去除率随 HRT 的 增加保持上升的趋势 。当 HRT 低于0. 92 h 进水流量 20 L h ,出水 CODCr高于100 mg L ; 当 HRT 高于1. 84 h 进水流量10 L h , CODCr去除率随 HRT 增加而提高 的幅度趋缓 ,对比试验结果表明, 该装置以常规接触 氧化法运行时, 处理模拟废水 HRT 宜控制在 1. 5 ～ 2. 0 h ,高于压力式接触氧化法 。 HRT1. 8 h,DO 控制在 4 mg L 左右。 图 5 常压下 HRT 与处理效果的关系 2. 4 加压与常压生物接触氧化法容积负荷对比试验 在 P 0. 3 MPa条件下 ,调节进水 CODCr浓度使反 应器处于不同的容积负荷下 , 测定各负荷下的出水 CODCr与 CODCr去除率 ,如图 6 所示。在加压条件下保 持 DO 为 4 ～ 5 mg L, 当 CODCr容积 负荷 低于 15 kg m 3d 时 , COD Cr平均去除率在 80以上, 出水 CODCr低于100 mg L。 相同装置的常规接触氧化运行模式对比试验如 图7 所示。 36 环 境 工 程 2008年 2 月第26 卷第1 期 P 0 . 3 MPa, DO4～ 5mg L, HRT1. 8 h。 图 6 CODCr容积负荷对处理效果的影响 HRT1. 8 h,DO 控制在 4 mg L 左右。 图 7 常压下CODCr容积负荷与处理效果的关系 对比试验亦在常压挂膜后期运行稳定后完成。 由图 7 可以看出 , CODCr去除率随负荷呈现近抛物线 分布。在 CODCr容积负荷为 5. 30 ～ 7. 0 kg m 3d 时 进水 CODCr为 406 ～ 512 mg L , CODCr去除率接近 78,随着负荷的增加和减少则会相应的降低; 出水 CODCr则随容积负荷的增加保持上升趋势, 当 CODCr 容积负 荷 高于 5. 30 kg m 3d 时 , 出水 COD Cr 100 mg L ,并迅速上升。因此 , 保持反应器的高效率 运行,CODCr容积负荷宜控制在 5. 30～ 7. 0 kg m 3d , 而考虑出水达标时, 则常规接触氧化法 CODCr容积负 荷不应高于 5. 30 kg m 3d 。对比试验表明 ,该装置 以常规接触氧化法运行时, 在相同 HRT 下处理模拟 废水可承受的容积负荷远低于压力式接触氧化法 。 3 结论 加压与常压生物接触氧化法运行参数及有机物 去除效果的对比试验表明 ,加压使生物接触氧化法处 理性能明显提高。在 P 0. 3 MPa条件下, 最佳 HRT 为1. 0 h左右,当 CODCr容积负荷不超过15 kg m 3d , 维持 DO 为 4 ～ 5 mg L , 则 CODCr去除率在 80～ 95,出水 CODCr低于100 mg L , 气水比仅需 1 ～ 4 ∶ 1。同等条件下常规接触氧化法 ,当 DO 为4 mg L左右 时,气水比达 10∶ 1 ,最佳 HRT 达 1. 5 ～ 2. 0 h; 当 HRT 为1. 8 h时 ,在出水 CODCr低于100 mg L条件下其可承 受的 CODCr容积负荷仅为5. 3 kg m 3d 。 参考文献 [ 1] 北京市市政工程设计研究总院. 给水排水设计手册, 第5 册. 第 二版. 北京 中国建筑工业出版社,2003 414 [ 2] 王洋, 徐雅昕, 赵玉秀. 深井曝气法处理高浓度有机废水的工艺 及应用. 环境保护科学,1999, 26 2 33 -37 [ 3] 周群英, 高廷耀. 环境工程微生物学. 第二版. 北京 高等教育出 版社, 2000 95 [ 4] 庄源益, 戴树桂, 袁有才, 等. 底质耗氧行为探讨. 环境化学, 1995, 14 6 537 -540 作者通信处 张勇 210042 江苏省 南京师范大学动力工程学院 环境工程系 E -mail clszhangyongssina. com 2007- 07-20 收稿 上接第 43页 参考文献 [ 1] 孙石, 宁平, 宋文彪. 低SO2浓度冶炼烟气的液相催化法净化 处理研究. 环境科学, 1996, 17 4 4 -6 [ 2] 姚小红, 陆永琪, 郝吉明, 等. 酸性条件下 Fe3氧化 SO2的脱硫 反应机理. 环境科学, 1998, 19 5 15 -17 [ 3] 孙石, 宁平. 几种金属离子液相催化氧化 SO2研究. 硫酸工 业, 1989 5 38-41 [ 4] 马双忱, 赵毅, 郑福玲, 等. 液相催化氧化脱除烟道气中 SO2和 NOX的研究. 中国环境科学, 2001 21 33 -37 [ 5] 孙石, 杨显万, 黄若华, 等. 生物法净化低浓度有机废气技术 基础与应用研究. 昆明 云南科技出版社,2004 36 -54 [ 6] 曾二丽. 生物膜填料塔净化低浓度 SO2废气的基础应用研究. 昆明 昆明理工大学, 2006 [ 7] 张唯. 生物膜填料塔净化低浓度 NOX废气的基础应用研究. 昆 明 昆明理工大学, 2005 [ 8] 王洁, 孙石, 和晓荣, 等. 液相催化氧化净化烟气中 SO2和 NOX的实验研究. 云南大学学报,2006, 28 6 526 -529 [ 9] Ottengrf S P P. 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Keywords ing toilet with seawater, seawater salinity , organics, ammonia and SBR process THE INDUSTRIAL APPLICATION OF SH -A PROCESS TREATING COKING SEWAGE Shan Mingjun Hu Xiaomin Wang Xu et al 30 Abstract The SH-A process is used for treating coking wastewater from a sewage treatment station of coking factory in Dandong, which can replace the er process for the treatment of wastewater. As compared with the flow chart, treating effect, energy loss and stable operation, it is showed that the new process with high nitrogen removal rate and low operation cost. The water quality of the final effluent meets the first grade of Intergrate Wastewater Discharge Standard GB8978 -1996 .The water can be reused to quench cokes in coking factories.This process is quite suitable for application to treat coking wastewater in coking industry. Keywords nitrosation, anaerobic ammonium oxidation, coking sewage and biological nitrogen removal SEASONAL REMOVAL EFFICIENCY STUDIES ON A SUBSURFACE FLOW CONSTRUCTED WETLAND FOR TREATING HEAVY OIL PRODUCED WATER Tong Kun Li Gang Ji Guodong 32 Abstract Seasonal operation perance in summer andwinterof a subsurface flow constructedwetland SFCWfor treating heavy oil producedwater was carried.The SFCW has two reedbeds No. 1 andNo. 2inthe series arrangement with the hydraulic loading rate of 0. 18and 0. 09 m3 m2dfor the reed bed No. 1 andNo. 2, respectively. Results obtained show that the SFCW has removal rates of oil, CODCr, BOD5, TN, and SS being 79. 22, 81. 20, 89. 67, 87. 61, and 89. 47 in summer, while those figures in winter are 77. 57, 78. 98, 79. 05, 71. 35, and 89. 88, respectively. Keywords heavy oil produced water, subsurface flow constructed wetland with two reed beds in the series arrangement and seasonal changes PERANCE COMPARISON BETWEEN PRESSURIZED AND NORMAL BIOLOGICAL CONTACT OXIDATION PROCESSESZhang Yong Zhang Linsheng Xia Mingfang et al 35 Abstract The running parameters and perance were compared between pressurized and normal biological contact oxidation process in this paper. The studies showed that the perance of pressurized biological contact oxidation process improved remarkably . When controlled the pressure as 0. 3MPa and the volume load under 15 kg CODCr m3d , the likely HRT was about 1. 0 h, the CODCrremoved rate could reach 80～ 95 percent, and the CODCrof effluentwas below 100mg L. In that condition, the dissolved oxygenwas about 4～ 5 mg L, and the air -water ratio was only 1～ 4 ∶ 1. In same condition the normal biological contact oxidation process air -water ratio was 10∶ 1, HRT was about 1. 5～ 2. 0 h, and the volume loadwhich could bear was only 5. 3 kg CODCr m3d. Keywords pressure, bio -contact oxidation process, air -water ratio, volume load and dissolved oxygen TRANSATION OF BAG -TYPE DEDUSTING SYSTEMS FOR THE DESULPHURIZATION STATIONS AND THE VANADIUM -EXTRACTING CONVERTERS IN PANZHIHUA IRON AND STEEL GROUPCOMPANYYao Xiaoyong 38 Abstract In view of the environmental pollution of the desulphurization stations and the extractive vanadium-extracting converters, Panzhihua Iron and Steel GroupCompany transs thoroughly the bag -type dedusting systems by applying the advanced dedusting technologies and the dedusting equipments. The continuous monitoring results show that the concentrations of the system pollutants have met the environmental protection requirements of the“Pollutant EmissionStandards for The Iron andSteel Industry” and the working site and productionenvironment have been improved markedly. At the same time Panzhihua Iron and Steel GroupCompany also achievesgreater economic and environmentalbenefits. Keywords desulphurization station, vanadium -extracting converter, bag -type dedusting system, transation and environment benefit STUDY ON ACCELERATION OF AQUEOUS CATALYTIC OXIDATION TO BIOLOGICAL TRICKLING FILTER PURIFYING SO2NOXIN FLUE GAS Wang Jie Sun Peishi Wang Hengying et al 41 Abstract The study adopted biological trickling filter to carry out the experiment of purifying SO2NOXin flue gas, in which circulated liquid with Fe2 , Mn2 , Zn2and Al3was used. The influence andthe varying rule of catalyzer on biological trickling filter purifying SO2NOX had been studied . when the gas flow was 0. 1 m3 h, the concentration of SO2NOXin influent gas was 1 000～ 5 000 mg m3and 300 ～ 3 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 26, No. 1,Feb. , 2008