不同孔径膜格栅对城市污水中...留效能及截留物发酵性能分析_赖国旺.pdf

净水技术，（）：，赖国旺，储昭瑞，赫俊国 不同孔径膜格栅对城市污水中污染物的截留效能及截留物发酵性能分析 净水技术，（）：，（）：，不同孔径膜格栅对城市污水中污染物的截留效能及截留物发酵性能分析赖国旺，储昭瑞，赫俊国（广州大学土木工程学院，广东广州）摘 要 文章研究不同孔径膜格栅对城市生活污水中污染物的截留效能，并利用厌氧发酵产酸技术来分析阐明膜格栅截留物的发酵产酸性能。首先，采用筛网孔径为.、.、.的标准筛模拟不同孔径的网孔板式膜格栅对城市生活污水进行一级处理。结果表明，种孔径的标准筛对总化学需氧量（），特别是颗粒态化学需氧量（颗粒态）有较好的截留效果，但对溶解性化学需氧量（）的截留效果并不明显。与此同时，种孔径的标准筛对总氮和总磷的截留效果均要优于对氨氮和正磷酸盐，对固体悬浮物（）的去除率均在 以上，其中.孔径的标准筛的去除率最高，达到了.，.孔径的标准筛的去除率相对较低，但也达到了.。随后，考察了在中温（）、值 的条件下，利用膜格栅截留物（栅渣）进行厌氧发酵产生挥发性脂肪酸（）。结果表明，在厌氧发酵周期内，发酵液中 的浓度随着发酵时间的延长不断升高；而发酵液中 的含量呈现出先增长后下降的趋势，并于第 达到最大值。可见，利用截留物水解发酵可以为生物脱氮工艺提供优质的碳源。关键词 膜格栅 一级处理 截留效能 厌氧发酵 挥发性脂肪酸中图分类号：文献标识码：文章编号：（）：收稿日期 基金项目 广州市科技计划一般项目（）作者简介 赖国旺（），男，硕士，研究方向为水污染控制，：。通信作者 储昭瑞（），男，讲师，研究方向为污水脱氮与膜生物反应器，：。，（，），.，.，.（），（），（），.，.，.，（），（），（）污水在进入生化池之前通常需要采用格栅来进行预处理，以此去除一些在性质或者尺寸上不利于后续处理的物质。并且，厕纸等纤维素成分会对污水生物处理系统中化学需氧量（）、等的去除造成影响，通常表现为曝气量不足，需要提高 倍曝气量才可恢复出水水质，极大地增加了能耗。另外，这些物质会进入到剩余污泥中，增加污泥量。可见，使用膜格栅预处理分离纤维素物质不仅有利于节能降耗，还可以减少剩余污泥的产量，降低污泥处理成本，同时为升级污水处理增加处理空间。当采用 膜处理工艺时，污水中的毛发、厕纸、布匹等细小纤维物质进入膜系统后，容易缠绕在膜组件表面，进而导致膜组件板结，甚至导致部分膜组件失效。因此，需要使用更加精细的膜格栅来去除这些细小的纤维物质和其他不利于后续处理的物质。进入 世纪以来，瑞典、挪威、德国、法国等国家的污水处理厂逐渐开始使用膜格栅技术进行一级处理，适用范围也不仅限于 工艺。等研究报道，在不加混凝剂的情况下，使用旋转带式过滤机（筛网孔径为.）预处理技术能够在生物曝气池之前去除约 的悬浮固体（），与不使用预处理相比，能够降低 的能耗，极大地提高了一级处理效率，并且对后续生化处理工艺无不良影响。随着污水一级处理技术的发展，膜格栅在污水处理厂的应用越来越广泛，如何高效处置利用膜格栅截留物（栅渣）已成为当下研究的热点话题。膜格栅过滤截留下来的截留物与初沉污泥类似，并且由于停留时间更短，厌氧导致的 损失更少。因此，膜格栅截留物蕴藏有丰富的碳源，可通过水解发酵技术产生溶解性化学需氧量（）和挥发性脂肪酸（）。等在中试规模利用旋转带式过滤机从城市生活污水中回收纤维素初级污泥，然后通过产酸发酵生产生物基，并利用该碳源替代外部投加碳源，极大地提高了污水处理厂生物脱氮除磷（）工艺的脱氮除磷效率。因此，基于膜格栅截留物发酵的内碳源开发技术无疑是绿色、可持续的发展方向，具有广阔的应用前景。本研究用标准筛来模拟不同孔径的膜格栅对城市生活污水中污染物的截留效能，主要分析了污水通过标准筛前后、氨氮、总氮（）、正磷酸盐（）、总 磷（）、总 化 学 需 氧 量（）的浓度变化。另外，探究了截留物厌氧发酵的性能，分析了发酵产酸过程中溶解性 和 的浓度变化。研究以期为利用膜格栅技术作为一级处理技术在城市生活污水处理厂的实际应用以及利用膜格栅栅渣水解发酵产生反硝化优质碳源提供理论依据和技术支持。试验材料和方法.试验用水试验使用的污水取自广州市某净水厂沉砂池出水。污水和截留物取回后装在 样品瓶中，置于 冰箱中冷藏保存，随后立即进行各项指标检测。沉砂池出水性质如表 所示。表 沉砂池出水水质特征 指标数值指标数值氨氮（）.（）.（）.颗粒态 （）.（）.（）.（）.（）.过滤试验方法采用标准筛来模拟膜格栅过滤的一级处理装置。试验时利用采水器取沉砂池出水，将一部分采集的水倒入标准筛中过滤。把过滤后的污水和另一部分污水保存在样品瓶中，并收集 种不同精度（.、.、.）下的截留物。通过检测过滤前 赖国旺，储昭瑞，赫俊国不同孔径膜格栅对城市污水中污染物的截留效能及截留物发酵性能分析，后水中、（、颗粒态）、等指标浓度来评估不同精度的膜格栅对城市生活污水中污染物的截留效能。.截留物发酵试验方法截留物发酵试验采用批次试验发酵法。将处理好的截留物（栅渣）加入到 的蓝盖瓶中，向瓶中加纯水将其稀释至 .，随后加入适量的 溶液，将 值调节为，最后用橡胶圈和瓶盖进行密封，并通入氮气 以保证厌氧环境。将蓝盖瓶放置在恒温振荡培养箱中发酵，温度设定为 ，振荡速率为 ，产酸发酵时间定为。每天对厌氧发酵过程中的、等进行取样分析检测，并在取样结束后将瓶内的 值调节至，依此操作直至发酵结束。.水质指标检测分析相关检测方法参照水和废水监测分析方法（第四版）执行：含量采用干燥法进行检测；挥发性固体（）含量采用马弗炉灼烧法进行检测；、采用快速消解分光光度法测定；氨氮采用纳氏试剂分光光度法测定；采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法；、采用钼锑抗分光光度法。采用美国安捷伦公司生产的型号为 气相色谱仪测定，色谱条件为：初始柱温为，进样器温度为 ，检测器温度为 。结果与讨论.不同孔径标准筛对污染物截留效能分析.对 的截留效能图 为通过不同孔径标准筛过滤后 的浓度变化及其去除率。种孔径的标准筛对 均具有较好的截留效果。在通过标准筛过滤前，沉砂池出水中 的平均质量浓度为（.）。为了探究孔径大小对 截留效能的影响，将沉砂池出水分别通过 种不同孔径的标准筛：通过.的标准筛后，其质量浓度下降为（.），去除率高达.；通过.的标准筛后，其质量浓度下降为（.），去除率为.；通过.标准筛后，其质量浓度下降为（.），去除率为.。种孔径的标准筛对沉砂池出水中 的去除率均在 以上。厕纸等纤维物质大多以 形式进入污水处理厂，等使用.的精细筛网在几个城市污水处理厂进行大规模试验，发现约的 被去除。可见，.标准筛对城市生活污水中 的去除率与其试验结果较为接近。另外，对比通过 种标准筛过滤后 的去除率可知，孔径越小的标准筛对污水中 的去除率越高，这说明在进水浓度和其他水力条件相同的情况下，筛网的孔径越小，的截留作用也越强。图 过不同孔径标准筛下 浓度变化 .对 的截留效能城市生活污水中的 可分为 和颗粒态，用污水中 浓度减去 浓度即可得到颗粒态 浓度。图 为不同孔径下、颗粒态 的浓度变化以及截留效率。由图（）可知，种孔径的标准筛对 的截留能力较低，通过标准筛过滤后，污水中 质量浓度由.降低为 ，可见标准筛对污水中溶解性有机污染物的截留作用不强。由图（）可知，种孔径的标准筛对污水中的 有一定的截留作用，并且 种规格的标准筛对 的截留效率也不相同。对截留作用最好的是.的标准筛，它能拦截.的，污水的平均 质量浓度由（.）下降为（.）。其他两种孔径的标准筛截留效率分别为.和.，截留作用不及.的标准筛。由图（）可知，种规格的标准筛对颗粒态的截留效果较好，截留效率均在.以上，截留率最高的是.的标准筛，其次是.。种规格的标准筛对 和颗粒态 净 水 技 术 ，的截留效果较好，而对 的截留效果相对较差，其原因可能是经过标准筛过滤之后，污水中的大量 被筛网截留下来，而溶解性的有机污染物较难被截留。图 过不同孔径标准筛下 浓度变化 .对、的截留效能城市生活污水中氮素以有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮 种形式存在，图（）、图（）为通过不同孔径标准筛过滤后氨氮和 的浓度变化及其截留效率。从总体上看，过滤前后 的浓度变化要大于氨氮的浓度变化，并且标准筛对 的截留效率要高于对氨氮的截留效率。沉砂池出水中氨氮的质量浓度为（.），通过.标准筛过滤后其质量浓度降为（.），截留效率为.；通过.标准筛过滤后其质量浓度降为（.），截留效率为.；通过.标准筛后其浓度降为（.），截留效率为.。不同孔径的标准筛过滤后氨氮的浓度变化有一定的差异。沉砂池出水中 的质量浓度为（.），通过.标准筛过滤后其质量浓度降为（.），截留效率为.；通过.标准筛过滤后其质量浓度降为（.），截留效率为.；通过.标准筛过滤后其质量浓度降为（.），截留效率为.。种规格的标准筛对城市生活污水中 的截留作用要优于对氨氮的截留作用，究其原因是城市生活污水中的氮素主要以有机氮（如尿素）的形式存在，在管网输送过程中一部分被细菌水解为氨氮，另一部分以颗粒物的形式存在。污水通过筛网后，颗粒态的氮素被截留下来，而被水解后的氨氮溶于污水中未能被截留。图（）、图（）为通过不同孔径标准筛过滤后 和 的浓度变化及其截留效率。沉砂池出水中 的质量浓度为（.），通过.标准筛过滤后其质量浓度为（.），截留率最大为.；通过.标准筛过滤后，其质量浓度降为（.），截留率为.；通过.标准筛过滤后其质量浓度降为（.），截留率为.。可见，使用标准筛过滤对 的截留作用不大。沉砂池出水中 的质量浓度为（.），通过.标准筛过滤后其质量浓度降为（.），截留率为.；通过.标准筛过滤后其质量浓度降为（.），其截留率为.；通过.标准筛过滤后其质量浓度降为（.），其截留率为.。对比可知，标准筛对 的截留作用要大于对 的截留作用，其原因可能与污水中颗粒态的 有 赖国旺，储昭瑞，赫俊国不同孔径膜格栅对城市污水中污染物的截留效能及截留物发酵性能分析，图 过不同孔径标准筛下氮和磷浓度变化 关。泥沙可以吸附水体中颗粒态的，同时也有一部分溶解态的 会被泥沙吸附，标准筛通过截留生活污水中的 以达到对 和 的截留。.截留物发酵性能分析.截留物发酵过程中 的溶出规律污泥的水解情况可以用 来表示，主要由水解产物以及 等组成。图 为栅渣的发酵液中 的浓度随发酵时间变化的特征。浓度随时间不断上升，这与李晓玲等利用初沉池污泥厌氧发酵的研究结果类似，这是因为在厌氧发酵过程中，越来越多的颗粒型有机物被溶解。另外，在发酵初始的第 和第 溶出较慢，随后在第 浓度迅速上升，在第 和第 增势又逐渐变缓，在第 质量浓度为 .。分析其原因可能是在发酵初始的前，体系中水解微生物较少，水解酶的活性低，有机颗粒物较难水解为溶解性图 浓度变化 有机物。在第 浓度迅速上升的原因有两个，一方面，栅渣在水解酶的作用下水解产物增多；另一方面，底物中可利用的有机质增多，产酸菌利用有机质产生的 也越来越多。而在发酵末期 略有下降，其原因可能是被驯化的微生净 水 技 术 ，物利用溶解性有机物，导致 被消耗。.截 留 物 发 酵 过 程 中 总 挥 发 性 脂 肪 酸（）的产生规律图 为栅渣厌氧发酵过程中 随发酵时间的变化情况。的含量在发酵周期内先增长后下降，在发酵的前 的量逐渐增加，特别是在发酵的第 的量增长较快，之后随着发酵时间的延长，的量逐渐减少。在发酵的前 的质量浓度由.增长到.，增长相对比较缓慢，这可能是因为在发酵初期体系中供产酸菌利用的底物较少，或者此时产酸菌的活性较低，产酸量较低。之后在第，的质量浓度由.迅速增长到.，并在第 达到最高浓度。随后 的浓度逐渐降低，这可能是随着发酵时间的延长导致发酵体系中产甲烷菌的繁殖，消耗了部分。因此，由图 分析可知，较为适宜的栅渣产酸发酵时间为 ，该结论与苏高强等的研究结果一致。本试验在中温（）、值 的条件下发酵，能够促进栅渣的水解酸化，从而使得达到最大 产量的时间缩减。图 厌氧发酵过程中 浓度变化 结论本文从膜格栅对生活污水中厂常见污染物的截留效能以及膜格栅栅渣厌氧发酵产生 和 的角度进行了剖析，得