用膜泥两段好氧工艺对表曝进行改造.docx
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用膜泥两段好氧工艺对表曝进行改造
用膜/泥两段好氧工艺对表曝进行改造
岳阳石油化工总厂于1981年建成一套表面曝气污水处理装置,设计处理水量422m3/h,原水CODcr≤1100mg/L,出水CODcr≤200mg/L,停留时间为28h。
随着环境保护要求的提高,政府环保部门将表曝污水处理装置出水CODcr标准由原来的200mg/L提高到150mg/L,并作为2000年环保达标排放考核指标,表曝装置的能力和出水质量已不能满足要求。
1表曝装置运行中存在的问题
该装置采用典型的分建式表面曝气活性污泥工艺,CODcr去除率一直保持在83%以上。
随着污水性质的变化和排放标准的提高,表曝装置工艺和运行中存在的问题愈加明显。
1.1不耐高负荷冲击
随着污水的可生化性愈来愈差和排放标准的提高,表曝装置的进水CODcr只能控制在800mg/L左右,这样需要大量的处理后污水或自来水稀释,而大量的处理后污水稀释,使处理系统内污泥环境变差,或是消耗大量的自来水。
系统抗冲击能力变差,尤其是在污水的可生化性较低时,冲击影响更为严重。
1.2污水的停留时间不够
污水在池内停留时间(含稀释水)为15h,当污水中难以被微生物降解的芳香烃和长链烷烃浓度增高时,由于污水的可生化性下降而导致CODcr去除率相应降低。
1.3池内污水充氧不足
由于表面曝气是采用叶轮曝气方式,使二段好氧池不断更新液面和产生水跃获得相对动态的气液接触界面,气液接触界面的多少,仅仅与曝气池水体表面相关,增大气液接触界面的手段只能是加快水体表面的液面更新与产生更强的水跃。
但由于表面曝气气液接触界面的形成,无论如何也摆脱不了水体表面这样一个很窄小的范围,因此,曝气量难以调控,池内溶解氧不足。
同时,表曝机叶轮工况难以判断,耗电量大,机械设备多,维修量大。
1.4池内污泥与污水混合不均匀
由于表曝池内留有死角和进水进泥不均匀,造成池内泥水混合不均匀,处理效果变差,严重时部分沉积在池底的污泥发生厌氧分解,污泥变黑上浮。
1.5匀质池的调节容积小
对于水质变化大,成份十分复杂的石油化工及炼油混合高浓度有机污水,其匀质池一般应设置不小于24h的调节容积。
目前的匀质池,其总有效调节容积仅为9600m3,停留时间为11h,而且由于分两组采用“一进一出”的方式分别向氧化沟、A/O和表曝3套装置供水,实际有效调节时间仅为5~6h,远不足以平抑其水质波动。
2表曝改O/O工艺设计
2.1岳化总厂J业污水来源及现状
岳化总厂工业污水污染物主要是有机物,各生产装置所排污水分为2大类:
石油化工装置所排污水,烯烃厂所排炼油污水。
CODcr平均值在1500~2000mg/L;单项毒物严重超标;污水中可生化需氧量与生化需氧量的比值为0.4~0.6。
2.2工艺设计参数及流程
2.2.1主要设计参数
进水CODcr≤1000mg/L;处理水量Q=422m3/h;总容积负荷:
0.41kg[BOD5]/(m3.d);出水水质:
CODcr≤140mg/L;BOD5≤30mg/L;SS≤70mg/L;Oil≤10mg/L。
停留时间:
预处理段5h,活性污泥好氧段28h。
2.2.2工艺流程
工艺流程见图1。
污水通过计量后进入匀质池,经匀质池均匀混合进入预处理池,N、P营养盐由投药间导入预处理池进水混合槽,污水充分混合后进人预处理池,预处理池出水在进水进泥总渠与回流污泥混合并进入二段好氧池前端。
处理后的污水混合液自流至沉淀池,沉淀池上清液外排,下层污泥大部分回流至二段好氧池,少量剩余污泥通过泥泵排往堆渣场。
2.3主要设施及特点
2.3.1匀质池
匀质池在改造时利用原有池子,在池底部加装了下弯式环路穿孔曝气装置和散流曝气器。
改自然混合为强制搅拌混合。
改造后匆质池的优点为:
气量调节灵活,可根据需要调节混合强度,并起到了预曝气的作用。
2.3.2预处理池
预处理池为新设计构筑物22.7m×40.95m×5m,预处理池采用生物膜法,池内装有下弯式环路穿孔曝气装置和1650m3组合填料,填料负荷为1.1kg[BOD5]/(m3.d),DO≥2.0mg/L。
生物膜法中的曝气,从理论上分析,应该是越均匀越好。
曝气气泡分布有一个点均匀、线均匀、面均匀的区别。
通常的曝气器因受服务面积的影响,只能形成束状均匀,或一条线均匀。
而下弯式环形穿孔管曝气装置则可根据不同的气量,进行不同的干管和支管的组合、配套、布管,由于解决了内堵塞问题,开孔可小至3mm以下,密点阵曝气,相比较可以在更深水位形成均匀曝气面,从而提高整池曝气均匀性。
组合填料由软性纤维束、高分子聚合塑料环片。
支撑套管、中心绳组成。
软性纤维束用独特的穿孔固定方式均匀的分布在塑料环片的周边,丝束不会脱落,同时避免了填料中心结团的现象,改善了中心供氧,塑料环片中间雪花状、针刺状结构,又起到了良好的布水、布气作用,使该填料具有传质效果好,氧利用率高,耐冲击,处理稳定等优点。
下弯式环路穿孔曝气装置和填料特别是弹性填料配合使用,可以连续不断地使气水混合流体受到剧烈的碰撞和切割作用,把大气泡切割成小气泡,从而大大地加速了氧的转移效率,提高了氧的利用率。
预处理池是一个集吸附、生物絮凝、生物降解、沉淀等多功能的综合反应器。
污水进人反应器后,经过充氧的污水以一定的速度流经填料,使填料上的生物膜与污水充分接触,从而使污水得到“粗处理”[1]。
预处理池采用下弯式环路穿孔曝气装置和组合填料配合使用具有如下优点:
①污泥活性高(泥龄低),BOD5负荷高,MLSS量大,相对来说处理效率高,耐高负荷冲击,剩余污泥少;②能够克服污泥膨胀问题,由于丝状菌存在,能够提高有机物的分解能力;③传质条件好,处理时间短;充氧效率高,有机物的氧化速度相对提高。
2.3.3二段好氧池
利用原有南北两组表曝池共24格11m×11m×5m(单格),负荷≤0.2kg[BOD5]/(kg[MLSS].d),DO≥2.0mg/L。
拆除表曝机,分格进水进泥方式改为分组前端进水进泥,后端出水方式,加装HS-旋混曝气器,形成推流式曝气工艺。
HS-旋混曝气器具有大孔双向旋流,局部强化旋混,动能相互作用,球罩阻挡散流等综合作用,使气相在液相中获得了很大的旋转扩散,产生丰富的气液接触界面,从而达到稳定的细小气泡曝气运行效果,较好地克服了微孔曝气设备的不足,是一种较为理想的曝气设备。
鼓风曝气采用3台RF300型罗茨风机供风,单机风量133m3/min,升压49.0kPa,2用1备。
3系统启动和运转
表曝装置改造工程于2000年8月动工,12月启动运行,其运行效果良好,各项经济技术指标达到了设计要求。
3.1接种闷曝
从2000年12月4日开始配水,分别向预处理池、二段好氧池输人污水和自来水,预处理池配水CODcr为656mg/L;二段好氧池配水CODcr为644mg/L。
通过污泥泵将A/O装置污泥连续输入预处理池和二段好氧池,在此期间,通过两池放空阀及污泥泵形成两池自身循环。
同时启动鼓风系统和投药系统,为池内污泥快速增长提供充足的溶解氧和营养盐。
污泥浓度上升至0.9~1.5g/L,二段好氧池污泥状况较好。
3.2动态培养
从2000年12月10日起,开始连续向预处理池进原水,进水流量控制在100-200m3/h,进水CODcr控制在600~800mg/L,连续向预处理池和二段好氧池输人接种污泥,进行连续进水动态培养污泥。
污泥浓度虽然在12月11日有所下降,但整体上升趋势不变,至12月17日,污泥浓度达到2.1g/L,同时,装置出水CODcr稳定在100mg/L以上,CODcr。
去除率稳定在85%以上,表明污泥培养基本成熟。
3.3污泥驯化
污泥从A/O装置接种而来,由于设计负荷及进出水CODcr、充氧、池型不一致,必须对污泥进行驯化。
从2000年12月17日起逐渐加大了预处理池进水流量,提高混合水CODcr。
总容积负荷从0.20kg[BOD5]/(m3.d)提高至0.33kg[BOD5]/(mg.d),
已达到设计总容积负荷的80%,污泥浓度稳步上升,CODcr去除率达80%,CODcr合格率达100%,至此,污泥培养驯化完成。
3.4运行效果
在稳定运行期间,原水CODcr浓度平均为782.5mg/L,最高1980.6mg/L,最低325.8mg/L,平均出水CODcr为90.1mg/L,平均每天处理污水9650m3。
从装置实际运行情况看,进水CODcr浓度提高,出水CODcr浓度和CODcr去除率随之上升,CODcr浓度在1000mg/L以下时,出水平均CODcr在140mg/L以下;装置总的去除率基本稳定在87%以上,处理效果良好。
同原表曝工艺相比电耗下降27%,每年节电143×104kw·h。
统计2001年1月至8月生产运行数据,O/O装置生产运行技术指标结果见表1。
表1表曝装置改造后稳定运行数据统计
月份
进水流量/(m3.h-1)
进水CODcr/(mg.L-1)
总容积负荷.(kg[BOD5].m-3.d-1)
电单耗/(kWh.m-3)
出水CODcr/(mg.L-1)
总CODcr去除率/%
综合合格率/%
1
428
719
0.301
1.45
96.6
86.5
93.0
2
457
716
0.320
1.43
98.6
86.2
89.7
3
458
916
0.410
1.35
108
88.2
89.7
4
337
795
0.262
1.27
86.6
89.1
91.9
5
419
852
0.349
1.29
91.3
89.3
97.8
6
413
743
0.300
1.43
93.4
87.4
99.5
7
343
729
0.244
1.38
65.7
91.0
100
8
362
790
0.279
1.41
80.5
89.8
100
平均值
402.1
782.5
0.308
1.38
90.1
88.4
94.2
4结论
将表曝装置改造成生物膜法十活性污泥法两段好氧工艺处理石化污水,集中了生物膜法和活性污泥法污水处理的共同优点,处理负荷较高,耐水量和水质的冲击,剩余污泥少,动力消耗少,操作管理方便;处理效率高,CODcr去除率比表曝工艺提高3%~5%,工艺运行稳定。
用于含油废水处理的复合膜研制
城市和工业生产排放的含油污水经常规处理后远不能达到农田灌溉要求(<10mg/L),需经深度处理后才能将含油污水中油粒径在100μm以下的油分除掉,膜分离法则是对含油污水进行深度处理的可行而有效的方法。
膜分离法处理含油污水时,膜易受油质的污染,膜表面生成油层,甚至还会造成膜孔的堵塞。
目前处理含油污水的膜有有机膜和无机膜[1~3]。
有机膜制备工艺简单,膜材料品种多,容易改性,柔韧性好,价格便宜,可制成各种形式的膜组件;但有机膜具有不耐高温,pH值适用范围窄,孔径分布宽,机械强度低,渗透率低,容易水解等缺点。
随着材料科学的发展,近几十年来无机膜作为一项高新技术而发展起来。
无机膜具有耐高温、强酸、强碱、有机溶剂和耐微生物侵蚀、机械强度高、孔径分布窄等优点,但也存在着制膜工艺复杂(锻烧)、膜的重现性差、制备小孔径膜困难、质脆柔韧性差、成本高、制成的组件装配困难等缺点。
复合膜的研究和应用是目前膜分离领域的热点[4~6],本文研究了把亲水的无机陶瓷细粉材料(Al2O3)掺杂到聚砜中制成复合膜,这种复合膜的制备工艺与有机膜相同(Sol-gel),工艺简单、操作方便,并且具有有机膜和无机膜的共同优点。
这种复合膜可以制备在各种载体上,可以制成各种形式的膜组件。
无机陶瓷材料的加入,可以使复合膜的性能与陶瓷膜几乎一样,同时避免了陶瓷膜质脆的缺点。
1制备工艺与材料
1.1原料及试剂
聚砜;γ-氧化铝(粒径:
1μm);阴离子表面活性剂,市售;N-甲基-2-吡咯烷酮,分析纯;N、N-二甲基乙酰胺,分析纯;丙酮,分析纯;95%乙醇,分析纯。
1.2复合膜制备工艺
采用溶胶—凝胶相转化法,其制备过程如下:
①聚砜溶于定量溶剂(N-甲基-2-吡咯烷酮或N、N-二甲基乙酰胺)中,加入适量添加剂(丙酮)配制成胶液。
②将陶瓷材料和阴离子表面活性剂溶于定量溶剂中并充分碾压,然后加入到胶液中。
③将胶液充分搅拌制成制膜液。
④将制膜液流延在玻璃板或无纺布上,在空气中蒸发一定时间后放入凝胶液中(采用C2H5OH水溶液)至凝胶固化成膜。
1.3膜性能测试
①机械柔韧性能:
将1cm长的复合膜进行弯曲。
②超滤性能:
料液采用华北油田砂滤后水样(含油64.0mg/L,悬浮物含量为32.1mg/L,油粒径为25.4μm,水温为室温)。
试验装置采用平板膜超滤装置,油含量采用紫外分光光度计(岛津UV--260)测试。
③膜的微观分析:
用JMS--35扫描镜观察平板膜喷金后的表面以及膜在液氮浴中深度冷冻折断喷金后的断面形貌。
④膜的孔隙率测定:
剪取一定面积(S)的湿态膜,擦去膜表面的水后称重(WW),平均膜厚度为d,在离心机作用下,除去水后称重(Wd),水的体积质量为dm,膜的孔隙率Pr按下式计算:
Pr=(WW-Wd)/(S·d·dm)×100%
⑤膜的亲水性能测定:
用Eromag--1型接触角测定器对所制膜进行测定。
2结果与讨论
2.1γ-Al2O3的填充对复合膜性能的影响
2.1.1膜的机械性能
psf/Al2O3复合膜具有和有机聚合膜相似的柔韧性,这也是该复合膜比陶瓷优越的地方之一。
此次制备的psf与Al2O3不同质量配比的膜在任何长度下均可弯曲成360°,因此可制备成各种形式的膜组件。
2.1.2膜的微观结构分析
由psf/Al2O3复合膜的SEM微观扫描可见,psf/Al2O3复合膜由于掺杂Al2O3微粒而表面略显粗糙,膜表面的孔隙率较大但分布均匀,其断面具有典型不对称的三层结构,Al2O3颗粒均匀分布于整个膜中,处于孔壁表面和膜表面层上。
Al2O3与聚膜之间存在着中间过渡相,通过这个中间过渡相使它们牢固地结合在一起。
在复合膜的表面上具有很多亲水的Al2O3颗粒,具有很强的亲水性,弥补了性能优良的聚砜膜憎水的缺陷。
psf/Al2O3复合膜在油水分离时,促进了水在膜表面和膜内的传递。
2.1.3膜的超滤性能
由图1看出,psf/Al2O3复合膜的水通量随时间的衰减较小,而聚砜膜的水通量衰减较显著。
水通量衰减的原因一方面是油污染了膜面,另一方面与膜的孔隙率有关。
psf/Al2O3复合膜的抗污能力强,得益于Al2O3的亲水性能,减少了污染,促进了水的传递,另一方面是由于复合膜孔隙率的增长。
psf/Al2O3复合膜中psf与Al2O3的质量比不同,膜的超滤性能也不同,质量比为10∶5时膜的水通量最大,抗污染性能最好。
膜的亲水性能好坏也可由接触角数据看出(见表1)。
复合膜的接触角均比psf膜的接触角小,亲水性均比psf膜强。
表1 各种膜的接触角
psf/Al2O3
10:
10
10:
7
10:
5
10:
2
psf
接触角
43°
39°
32°
36°
108°
2.1.4膜的孔隙率
psf膜的孔隙率(Pr)小于psf/Al2O3复合膜,不同质量比的psf/Al2O3复合膜,其孔隙率也不同。
psf膜的孔隙率为41%,psf/Al2O3复合膜的孔隙率最大为81.3%,说明Al2O3的掺入提高了复合膜的孔隙率。
2.2分散剂的影响
为了防止Al2O3粉末之间的聚集结团,加入的Al2O3应充分分散,因此采用阴离子表面活性剂作为分散剂。
加入分散剂可以使Al2O3颗粒稳定地分散悬浮在胶液中,通过试验发现分散剂的加入量最佳值为溶剂加入量的1%,加入太少不能充分起到分散的作用,加入太多会造成浪费。
2.3成膜工艺的影响
2.3.1预蒸发时间的影响
采用传统sol-gel相转化法制膜工艺,涂膜后使制液在空气中停留一段时间。
经试验,最佳预蒸发时间为55s。
2.3.2浸渍液对膜性能的影响
浸渍液对膜表面孔隙率及孔结构有直接的影响,以纯水为浸渍液制备的膜水通量远小于在C2H5OH水溶液中制备的膜,因此浸渍液用10%C2H5OH水溶液为好。
2.4复合膜对含油废水处理的应用试验
用psf膜和psf/Al2O3复合膜对华北油田北大站外排水砂滤后水样进行了超滤,水样分析结果列于表2中。
表2水样分析结果(操作压力 p=0.1MPa)
油含量
(mg/L)
悬浮物含量
(mg/L)
油粒径
(μm)
原水
64.0
32.1
25.4
psf膜
0.5
0.263
0.0960
psf/Al2O3=10:
2
0.48
0.113
0.0802
psf/Al2O3=10:
5
0.47
0.110
0.0842
psf/Al2O3=10:
7
0.47
0.109
0.0914
psf/Al2O3=10:
10
0.46
0.113
0.0802
由水样结果看出,超滤后的水中油含量均小于0.5mg/L,完全符合农田灌溉和回注水的要求,对油的截留率皆在99%以上,说明所研制的复合膜对含油污水中的分散油、乳化油和溶解油具有很好的去除作用。
使用一段时间后的膜被污染,必须进行清洗后才能恢复膜的水通量。
由于油污组分复杂,清洗时先用3%的NaOH溶液清洗,用清水清洗后的膜再用3%的HCl清洗,洗涤时间均为30min,然后再用清水冲洗至中性,测试膜清洗前后的水通量,每种膜分别连续重复6次,结果见表3。
表3psf/Al2O3复合膜清洗后水通量的恢复率
清洗次数
1
2
3
4
5
6
psf/Al2O3
恢复率(%)
10:
2
98.9
97.4
94.1
90.8
87.3
84.8
10:
5
99.1
97.4
94.3
91.6
87.9
85.0
10:
7
99.0
97.5
95.6
92.3
88.7
85.3
10:
10
98.9
96.7
95.3
92.1
88.7
85.1
psf/Al2O3复合膜清洗后水通量恢复率较高,经6次清洗,水通量仍然能恢复至初始的85%左右,说明此膜可循环使用,寿命较长。
3结论
①psf/Al2O3复合膜的柔韧性很好,可任意弯曲360°。
②psf/Al2O3复合膜孔隙率最高可达81.3%,psf与Al2O3的最佳质量比为10∶5。
③Al2O3颗粒在复合膜中均匀分布,使膜具有很强的亲水性。
④psf/Al2O3复合膜具有较高的水通量,最高可达124.4L/(m2·h)(0.1MPa)。
⑤为了使Al2O3充分分散,阴离子表面活性剂加入量最佳值为溶剂质量的1%。
⑥最佳预蒸发时间为55s,浸渍液选10%C2H5OH水溶液。
⑦经分析,这几种复合膜处理后的水样均达到农田灌溉和油田回注水的要求。
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