悬浮床光催化-膜分离反应器处理受污染河水的研究

1、悬浮床光催化-膜分离反应器处理受污染河水的研究1试验方法试验装置如图1所示。反应器中插入低压汞灯，反应器底部由微 孔板曝气提供悬浮床的供氧和混合。 聚乙烯中空纤维膜组件（孔径为 0.4mm）浸没于反应器中，用抽吸泵抽吸，通过膜的过滤得到出水。 催化剂则被截留于反应器内。反应器有效容积0.24m3,设计水量为1 1.8m3/d。受污染的河水取自清华校河。 进水COD大约在5080 mg/L, NH3N浓度大约26mg/L,由于原水在进水箱的沉淀，进水 SS大约为0。图1悬浮珠光儈览牒分离反应器系统I92结果与讨论2.1 COD禾口 NH齐N去除效果试验考察了不同HRT和进水条件下该反应器去除 C

2、OD和NH齐N 的效果。结果见表1。表1反应器处理河水运行历程时间顺序HRT进水水质出水水质COD去除率13d4 6d6h4.5hCOD 5080mg/LNH3-N 26mg/LCOD 0mg/LNH3-N 1 3mg/L100%728d3hCOD 8 16mg/LNH3-N 2 4mg/L80%2930d3hCOD 5080mg/LNH3-N 15 20mg/LCOD40mg/LNH3-N 8 14mg/L30%3135d2h3641d3hCOD 5080mg/LNH3-N 8 12mg/LCOD 15 20mg/LNH3-N 5 7mg/L70%试验结果表明：进水水质正常时，COD去除率可

3、达80%以上 (HRT =3、4.5、6h)。但氨氮浓度升高会大大恶化处理效果。如果认为 COD和氨氮二者不相互抑制，则去除单位质量的 NH3- N要相当于去 除5倍质量的COD这说明，对未受生活污水严重污染和较轻富营养 化的河流、湖泊水而言，使用本系统进行COD和TOC的去除是合理的。2.2 催化剂的截留和悬浮效果通过使用0.4mm孔径微滤膜，催化剂可以被有效截留。在最初三 天出水中有轻微的催化剂泄漏， 但随后则被完全截留。 总泄漏量不足 总催化剂量的 5%。通过微孔板曝气和膜组件下的反冲曝气系统，催 化剂在悬浮床中能保持良好悬浮。 在适当条件下， 催化剂悬浮量可以 保持 40d 不用添加。

4、2.3 膜过滤阻力的变化在运行过程中， 膜过滤阻力逐渐上升。 膜过滤阻力与膜通量密切 相关。通量越大， 膜过滤阻力上升速率越快。大体上可以用指数关系 来描述过滤阻力上升速率与膜通量的关系。 试验结果表明： 在膜通量 小于 54l/(m2h) 时，过滤阻力增长速率小于 0.15kPa/d ，如果以压差 增长小于8m水头为膜过滤周期，则可以稳定运行 52天不清洗。2.4 膜组件的清洗 膜过滤阻力上升到一定程度后，需要对膜组件进行离线化学清洗。试验表明NaCIO漂洗足以使膜过滤阻力回落到相当于清洁膜的水 平。这说明有机物是膜面污染物的主要成分。 对污染后的膜丝做扫描 电镜分析， 表明膜面污染物主要为

5、河水中的纤维状物质、 藻类和真菌类物质2.5 催化剂活性的变化在试验过程中，只要进水水质正常， 均可以维持稳定的处理效果； 经过进水水质恶化然后又恢复到基本正常时，处理效果也相应恢复。 这说明在处理过程中催化剂活性得以保持。 将运行后的催化剂与新催 化剂在相同试验下对比其活性，发现运行后催化剂活性明显提高。2.6 反应器运行成本分析 试验结果表明，本系统处理单位体积河水的运行电耗为明显高于 太阳光催化反应器。但是，如果以单位紫外能的 COD去除负荷而言， 则比固定化太阳光催化高45倍，而且大大节约了占地面积。如果 进水污染物浓度较低，则应用本系统处理吨水的运行电耗会大幅降 低。在废水常规处理后

6、的深度处理和微污染水源水处理方面有较大的 应用潜力。旋流沉砂池的排砂系统设计目前，城市污水处理厂的沉砂池基本上采用两种类型： 一种是应 用比较广泛的曝气沉砂池， 通过池中一侧的空气管控制曝气， 使污水 形成具有一定速度的前进旋流 （垂直于水流方向 ） ，这种池型具有稳定 的除砂效果；另一种是利用水力涡流除砂的旋流沉砂池 （其旋流与水 流方向基本一致 ） ，具有池型简单、占地省、运行费用低、除砂效果 好等优点， 已越来越受到人们的重视。 旋流沉砂池的排砂目前采用两 种形式，一种是靠砂泵排砂，其优势 在于设备少、操作简便，但砂 泵的磨损问题也越来越受到用户的关注； 另一种是气提排砂， 其优势 在于

7、系统可靠、耐用，但设备相对较多。合肥市王小郢污水处理厂是安徽省第一座大型城市污水处理厂， 一期工程规模为 153 104m3/d ，已于 1998年投产运行，运行效果良好； 二期工程又增加 153 104m3/d ，已在 2001年的下半年投入使用，一、 二期工程均采用气提排砂的旋流沉砂池。1 概况该工程设旋流沉砂池 2 座、砂水分离器 2 台，由奥地利 NEVHOLD 提供成套设备，其中空压机 (2 台)采用德国 Aerzen 的产品。具体设备参数如下： 旋流沉砂池直径为5480 mm池深为4 750 mm,单池处理量为4100nVh，桨叶直径(可调试)为(1500 士 150) mm,转速

8、为n=12 r/min 。 空压机型号为 GM3S, Q=109m3/h , H=8 m。 砂水分离器型号为 SAK250, Q=30m3/h ,安装闭度为 30, 固体负荷为 1m3/h 。 空气提升泵 (Q=50m3/h)2 台。其工艺布置见图 1。融OL 理g空囂I2 一呦iH收砖管壁雪井离熬加100独殛丽加100/电乩矗克遼器圉T掘流沉曙池布置图2工作原理通过细格栅的进水以切线方向流入沉砂池，出水则沿径向流出， 桨叶以12 r/min的速度均匀转动以保持池体内水流具有 0.30.4 m/s的平均流速。由于水力原因将使砂粒沉入沉砂池的料斗底部，经 气提排出并进入砂水分离器，进一步固液分离

9、后的污水将进入厂区污 水管道。3运行控制沉砂池的系统控制可以分成手动和自动，自动控制由现场的控制箱 和PLC进行。沉砂池搅拌系统基本上为24h连续自动操作，若需要保 养或手动操作时，系统可以切换。沉砂池的空气提升泵、空气冲洗装置及砂水分离器的操作由电控 柜自动执行，必要时自动控制可以由操作人员解除而完全以人工控制 方式运作。空气提升泵操作前必须确认鼓风机操作正常、气压达到预设值气洗过程： 空气管上的电磁阀开启， 排砂管上的电动刀阀处于关 闭状态，压缩空气自空气喷头喷出打松沉于池底的沉砂以利于下一步 提升泵将沉砂抽出，并使上清液返回水处理流程作 下一步处理。电 磁阀的开启时间可以调节。一期工程采

10、用的是水洗， 该过程与气洗过程类似， 但要增设相应的 电磁阀和采用具有一定压力的自来水冲洗沉砂池池底。 可以看出气洗 比水洗更方便、简单，同时也可节约一定量的自来水。排砂过程：启动砂水分离器，开启排砂管上电动刀阀，空气提升 泵把沉砂抽送至砂水分离器， 经过一预设时间后系统自动关闭。 预设 时间可以根据系统运行后的经验而设定， 也可随着污水中的含砂量的 变化作适当调节。经过以上两个过程后，电动刀阀、电磁阀、空压机自行关闭，即 完成一个工作周期。4 气提排砂的计算气提排砂系统主要包括空气提升泵和空压机及其配套设备， 由空 压机提供气源， 空气提升泵将砂水混合液由低处提升到高处， 其工作 原理是通过

11、自下而上吹入空气，使污水、砂、空气形成气液混合体且 降低了密度，从而实现砂水混合液的提升。 空气量计算QL=QS 62 H/T(1)式中 QL所需空气量，rn/hQS砂水混合液量，mVhH水面以上提升高度，nT水面以下空气注入深度，m风压计算P T+2(2)举例：3已知 H=2 m T=4.2 m(则 P=62 kPa)、砂量=1.8m/d，按含水率 3%计，贝S QS=60r/d(若空气提升泵按工作48次/d、3 min/次计，则 QS=25 m3/h), QL=71.4m/h(取安全系数为1.21.3，则该值为 92.9m3/h)。空气量也可参考德国PASSVAN公司沉砂池的提升参数，见表1表1沉砂池的提升参数深度比：H/T0.2 1.20.2 1.20.2 1.20.2 1.2空气量(m3/h)15 15020 25030 28050 440提砂量(L/s)61410 2415 3523 58冲洗水量(m3/h)18182230冲洗水压(kPa)2002002002005排砂