扬水曝气与生物接触氧化组合水质改善技术研究

摘要

目前，水体原位水质改善与修复技术是研究和应用的热点，它利用水体自身空间布设净化设施，在水的自然的推流作用下，水流逐步经过净化设施，使受污染源水得到净化改善。这类技术投资省，能耗低。
　　 扬水曝气与生物接触氧化组合装置是一种新型的水质原位修复改善技术，具有节能、清洁、见效快等特点。它针对自然水体污染轻、溶解氧较高，水质改善需氧量低的特点，采用脉冲曝气增加水体溶解氧和混合水体，促进水体循环流动，以较小的连续供气量为气源，产生短时脉冲曝气，既保障了生物接触氧化提供所需的溶解氧，又在短时内产生较大的曝气强度，保障水力混合条件，满足微污染水条件下生物接触氧化所需的溶解氧条件和水力条件，节省了能源。
　　 本论文首先对脉冲曝气生物接触氧化法进行水质改善的可行性进行研究，优化其运行参数。在此基础上，利用扬水曝气产生脉冲曝气，与生物接触氧化组合，开发出浅水条件下扬水曝气与生物接触氧化组合装置，并通过围隔实验检验该装置改善微污染水源水质效果。主要研究成果如下：
　　 1)脉冲曝气生物接触氧化法处理微污染水源水是可行的，在保障水体溶解氧不小于4mg/L的前提下，脉冲曝气生物接触氧化处理效果与连续曝气生物接触氧化法相当，在脉冲曝气强度与连续曝气强度相同的情况下，平均曝气量可减少80％，脉冲曝气生物接触氧化法水处理效果比连续曝气更佳。节省能耗60％～80％。
　　 2)将扬州杨庄河水作为研究对象，实测不同停曝比、脉冲周期、水力停留时间以及生物填料等参数条件下的水处理效果，得到脉冲曝气生物接触氧化法的适用设计参数为曝气强度4 m3/(m2·h)，停曝比为6:4～8:2，脉冲周期1min～2min，停留时间2h，使用组合填料，其氨氮平均去除率为73.09％～93.58％，CODMn的平均去除率达到21.12％～24.29％。
　　 3)根据现有理论技术及实验研究，确定了扬水曝气与生物接触氧化的组合方式是，生物接触氧化填料在上，扬水曝气器在下，整个工艺系统由扬水曝气器、气体收集室、布气系统、生物接触氧化填料、填料支架和浮筒组成。布气管与生物填料围绕中心扬水曝气器呈辐射展开。进入扬水曝气器的气量一部分产生气弹，推动水体进行循环流动，将远处的污染水体抽吸并分布到填料区，一部分产生脉冲曝气供给填料区的生物接触氧化所需气量，并对填料区进行扰动，促进生物膜的脱落更新，这样既充分利用了气室空间，又能保证水处理效果。
　　 4)在扬州市荷花池进行了中试围隔实验，证明生物接触氧化与扬水曝气组合技术是可行有效的，并结合工程需要，确定了组合装置的设计参数为采用组合填料，穿孔曝气方式，曝气强度为4 m3/(m2·h)。围隔面积约350 m2，围隔内水深约2m，水体积约700 m3，填料面积为47.1 m2，填料高度1.4m，填料区体积为65.94m3。实验测试期间，水温为11.8℃～18℃，围隔外溶解氧为2.14～4.92mg/L，围隔内溶解氧为2.97～6.56mg/L，且围隔内水体溶解氧在组合装置作用下随着时间推移逐渐上升，并趋于稳定，上下水层混合均匀，满足了生物接触氧化的需要，越靠近扬水曝气器位置，溶解氧越高。
　　 5)组合装置静态实验在水温15℃的条件下进行，仍然发挥了较好作用，各测试点24h后、48h后、72h后、96h后对氨氮的平均去除率分别为24.70％、69.65％、76.07％、80.72％，对CODMn的平均去除率分别为14.84％、19.04％、20.93％、22.45％，对总氮的平均去除率分别为12.84％、18.70％、21.92％、29.40％，随着时间推移，水处理效果也逐渐变好，达到极限后趋于平稳。
　　 6)组合装置的动态实验表明，在水温低于15℃的情况下，水力停留时间1.88h，组合装置的氨氮平均去除率仍然能够达到55.31％，最好时到达78.44％，测试后期趋于稳定，去除率基本维持在45％左右，CODMn平均去除率可达9.98％，总氮平均去除率为17.95％，水处理效果较好。