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生物地质渗滤系统为土地处理技术的一种类型,通过采用渗透性能较好的地质渗滤介质代替天然土层处理污水,与其它生态处理工艺相比,具有水力负荷高,占地面积较小等特点。土地处理系统广泛应用于处理生活污水和微污染河水,而对应用于高浓度有机工业废水的研究鲜有报道。工业废水有机物浓度高及可生化性差等特点制约了生物地质渗滤系统在工业废水处理方面的应用和推广。本论文从试验预处理对比分析、试验运行参数设计(水力负荷、处理层厚度、湿干比、淹水时间和落干时间)、微生物挂膜培养、试验运行阶段影响因素(水力负荷、污染物进水浓度、介质填料性质)四个方面,重点考察生物地质渗滤系统对电路板废水有机污染物去除性能及其影响因素。
在预处理试验中,对比分析了铁炭微电解、聚合硫酸铁絮凝沉淀、Fenton试剂氧化和NaClO氧化等处理技术对电路板废水的有机物去除效果及可生化性能的改善。结果表明:四种预处理方法对电路板废水中的有机物均有较好的去除效果,去除率在35%~50%之间,但出水COD浓度仍然很高,不能直接进入生物地质滤池。相比而言,铁炭微电解可以有效提高电路板废水的可生化性,对电路板废水中的铜离子有较好的去除效果,并且对TP的去除效果较好,可以减轻后续生物地质滤池的有机负荷压力,提高生物地质滤池的污染物去除效果。
淹水期和落干期是生物地质滤池运行的重要参数,通过对介质滤料的吸附饱和和降解恢复试验来确定淹水期和落干期。生物地质滤池吸附饱和与恢复试验要掌握好砂层吸附饱和后停止进水时间,使砂层恢复降解能力。试验建立了砂层对COD吸附饱和方程,并作了回归曲线,最终得出细砂对COD的吸附饱和时间为1.47d。通过砂层对COD的降解恢复试验建立了降解恢复方程,并作了回归曲线,试验结果表明细砂的降解能力恢复时间较长,需5.9d,其次是中砂5.2d,最快是粗砂3.3d。通过淹水期和落干期确定了系统的湿干比为1∶4。本文从渗透系数与水力负荷的相关性入手,计算得出粗砂、中砂和细砂构建的生物地质滤池的平均理论水力负荷分别为4.5 m3/m2·d、2.5 m3/m2·d和1.6 m3/m2·d,粒径较大的介质填料的水力负荷高,最终确定1.6m3/m2·d作为试验水力负荷。
在微生物挂膜培养阶段,对比分析了污水处理厂活性污泥接种法和自然培菌法对微生物挂膜的影响,并分析了滤料粒径、水力负荷、污染物进水浓度对微生物培养阶段的影响。结果显示:采用污水处理厂活性污泥接种可以大大缩短生物地质滤池内微生物的挂膜时间,微生物生长较快,最快12d即可挂膜成功,出水效果较好。介质滤料粒径对处理效果的影响较大,粒径越小,挂膜时间越短,系统对有机物的降解效果越好,且采用0.2~0.5mm粒径的细砂可以取得较好的处理效果,不会造成系统堵塞。进水水力负荷对生物地质滤池的影响也较大,水力负荷太小,不能满足微生物对营养物质的需求;水力负荷太大,容易使生物膜脱落,影响出水水质。电路板废水中营养物质能够满足微生物生长需要,微生物生长较快,但是由于进水有机物浓度太高,生物膜脱落也较快,从而影响了出水效果,最适宜的水力负荷为1.6m3/m2·d。污染物进水浓度对系统的影响较大,进水浓度低时处理效果较好,当进水COD浓度超过1500mg/L时,出水水质恶化,影响系统的正常运行,所以在培养阶段,应逐步提高污染物进水浓度,并控制在合理范围内。滤料粒径、水力负荷的调整、污染物进水浓度的控制和微生物培养方式对生物地质滤池挂膜的影响较大,上述因素直接影响到生物地质滤池的处理效果和处理能力。
系统稳定运行期间,考察了多级生物地质滤池对COD、NH4-N和TP的去除效果,通过对比试验发现,活性污泥中的微生物对电路板废水有较强的降解能力,比自然培菌法对COD的去除率高20%以上,出水水质稳定,平均出水COD浓度为171mg/L,COD总去除率达到87.6%,平均出水NH4-N浓度为0.06 mg/L,NH4-N总去除率高达99.1%。在处理以高浓度碳氮比所代表的城市工业废水时,NH4-N的去除转化主要在0.6m以内的土层中进行,在1m以内的土层中去除NH4-N较为完全,但系统对TP的去除效果相对较差,仅为62%。在填料介质对比试验中,采用不同粒径的介质填料进行了模拟试验研究,结果表明:粒径较大的介质填料出水水质效果较差,对有机物的截留作用较小;相反,粒径较小的地质填料对有机物的降解效果较好,但是粒径太小容易发生堵塞现象而影响正常运行。所以选择最佳粒径的介质填料有助于提高生物地质滤池的处理效果。试验设计湿干比为1∶4,淹水1.2h,落干4.8h,由于湿干比小,对有机物、NH4-N的去除效果较好,NH4-N大部分转化为NO-3-N和NO-2-N,但同时由于系统复氧能力强,不利于反硝化过程的进行,可能会导致出水NO-3-N含量高。
试验结果表明,生物地质滤池能够应用于处理难降解的工业有机废水,渗滤池中微生物对污染物的去除处于主要地位,采用多级串联的方式运行,去除了平均85%以上的COD,95%以上的NH4-N,60%以上的TP。生物地质滤池前处理工艺对整个系统正常、稳定运行起着十分重要的作用,可以降低进入渗滤池的污染物浓度,提高系统的水力负荷,减小系统的占地面积,防止渗滤池堵塞现象的发生。