BAF对于污染物的去除作用主要是通过填料的吸附与过滤功能以及微生物降解作用来实现的。其填料表层分布有10~15g/L的微生物量,其水力以及容积负荷均较大,池体占地面积以及池容积均较小,对于占地面积受到一定限制的场合而言,极其适用。
有着显著空间梯度特点的BAF菌群可在反应器内逐一实现硝化、脱碳功能,清除氨氮以及有机污染物。与此同时,在废水提标改造与深度处理中,可实现固体与液体的分离,出水SS大都比10mg/L小的填料可用作其末端水质保障设备。
可持续切割气泡。终生成小气泡的BAF的粒状填料使得气液接触面积大幅增加,实现氧的高效传质,使氧利用效率高达25%,因此在相同条件下其曝气量小,并能有效控制成本。不存在污泥膨胀问题的BAF鲜有产生异味,可便捷地进行运行管理。以半封闭、封闭结构居多的BAF在发生生化反应时,不易因外界温度变化而改变,对于寒冷地区而言,较为适用。
废水的有机物负荷往往会在其经过二级生化处理以后降低,水中残余的有机物往往以生物降解难度较大的有机物居多,因此COD往往难以通过直接采用BAF工艺而有效去除。而能够有效将大分子有机物转变为分子质量较小的化学氧化能够提升二级处理出水中有机物的可生化性,废水深度处理的效率会在采用BAF工艺后大幅提升。在废水处理中,凭借着无二次污染、不会生成污泥、快速反应、氧化能力强等优势,臭氧的应用愈发成为人们的关注焦点。
2、影响BAF工艺运行效果的主要因素
2.1 填料类型
BAF中的填料由聚苯乙烯小球、聚氯乙烯等有机填料以及焦炭、陶粒、石英砂等无机填料构成。挂膜以及过滤效果均会受到粗糙度、填料粒径等因素的影响。近期以来,一些研究人员对“以废治废”这一利用废弃物制备填料的方式进行了相关研究,该研究具有重大意义。
2.2 容积负荷
对于BAF而言,其脱碳、硝化的实现会受到容积负荷的重大影响,进水基质浓度与其生物的空间分布密切相关。生物量以及生物活性均会随着有机物浓度的增大而增加。但相较于硝化菌而言,异养菌在竞争中略胜一筹,因此在去除COD、氨氮的过程中,容积负荷分别会带来较小、较大影响。
2.3 水力负荷
在为污染物与生物膜间的传质起到一定促进作用的同时,水力负荷的增加会缩短水力停留时间,无益于氨氮的去除以及硝化菌属的生长。针对降解难度较大的工业废水处理,应结合类似工程的运行经验、试验情况来确定水力负荷。
2.4 气水比
BAF中微生物的生长、代谢离不开溶解氧,而这一成分可通过曝气系统来供应,在对曝气量进行调节的过程中,气水比值是其核心参数。BAF中氧在生物膜内的传递速度会随着气水比值升高而增加,能够为微生物的氧化分解起到一定促进作用。常况下,气水比应为(1~3)∶1。
2.5 反洗方式和强度
在对BAF是否需进行反洗进行判断的过程中,往
断链和电子转移等反应,促使有机化合物降解为低毒或无毒的小分子产物甚至H2O和CO2。常用的氧化技术包括Fen⁃ton氧化法、电化学氧化法、光催化氧化法、臭氧氧化法、超临界氧化法等。
2、氧化技术处理含PVA印染废水研究进展
2.1 Fenton氧化法
在Fenton氧化法降解PVA的过程中,Fe2+与H2O2快速反应,分解产生·OH,随后·OH氧化分解废水中的大分子污染物,后生成CO2、H2O和其他无机物。Kang等利用Fenton氧化法处理含PVA和活性染料的模拟印染废水,结果发现,Fenton试剂不仅能够氧化去除废水中的COD,还可以絮凝去除印染废水中的染料,有效地降低了印染废水的色度。曹阳采用Fenton预处理法处理含PVA废水,并研究降解机理,佳处理条件为:初始pH4,H2O2/Fe2(+物质的量比)=10,H2O2/COD(质量浓度比)=1.5,反应温度40℃,反应时间30min。在佳反应条件下,COD去除率由2%提高到88%左右。在降解过程中,Fenton试剂产生·OH降解PVA大分子,终生成CO2和H2O。
2.2 电化学氧化法
电化学氧化法利用电解作用将废水中的污染物去除或者转化为低毒和无毒物质。阴极发生还原反应,去除重金属离子,阳极发生氧化反应,降解印染废水中的大分子有机物。徐泽林等利用离子膜电解法处理含PVA印染废水,当电压为6V、温度为45℃、NaCl质量浓度为2000mg/L时,对初始CODCr2910mg/L、PVA质量浓度1650mg/L的模拟印染废水,3h的去除率和转化率分别达到29%和,表明电解法对含PVA印染废水具有极好的处理效果。Chou等研究了不同电极材料、电流密度、电压、电解质质量浓度和温度等因素对去除废水中PVA的影响,并综合考虑了不同参数的能耗情况,后得到去除PVA的优工艺参数:以Fe作为阳极,Al作为阴极,电压为10V,电流密度为5mA/cm2,NaCl质量浓度为0.1g/L,温度为25℃。Kim等以带二氧化钌涂层的钛金属板为阳极,不锈钢板为阴极,研究不同初始浓度下含PVA废水的降解情况,结果表明:电化学降解PVA的过程遵循一级动力学;PVA初始浓度、电流密度、流速、电极材料等都会影响PVA的降解效率,PVA初始浓度较低时,电化学氧化效率更高。
2.3 光催化氧化法
光催化氧化法是利用光照提供能量,使催化剂或氧化物产生具有强氧化性的自由基,与废水中的有机污染物发生反应,从而达到去除污染物的目的。孙振世等研究了紫外光下催化降解含PVA印染废水的行为,结果表明:溶液pH和催化剂浓度是影响光催化降解过程的重要因素,酸性和碱性条件更利于PVA的光催化降解,过氧化氢和分子氧能显著提高PVA的光催化降解效率。在光催化降解过程中,PVA分子中的羟基被氧化为羧基,C—C键被剪切形成短链化合物,PVA经过光催化后变成小分子物质。雷乐成利用光辅助Fenton试剂处理含PVA的印染废水,研究发现,当Fenton试剂用量不同时,紫外光和可见光对试剂的促进程度也各不相同,处理0.5h后,印染废水中的PVA量仅仅只有初始的10%左右。Lin等采用小尺寸纳米TiO2颗粒光催化降解含PVA的废水,结果发现在光催化降解过程中,TiO2对PVA具有吸附作用,随着颗粒直径的减小和TiO2浓度的增加,吸附作用更加明显。另外,在光催化降解过
物反应器是膜分离技术和生物降解技术的结合,它可代替传统净水单元的二沉池,是一种高效的净水处理技术。膜分离反应器的分类方式有很多种,其中,浸没式膜生物反应器的运行能耗较低、管理方便灵活,因此被广泛用于水处理工艺中[1]。
MBR作为一种新型的净水工艺,与传统的活性污泥法相比具有如下特点[2]:
a.固液分离效率高,净水效果好,耐冲击负荷能力强。
由于膜的高效截留作用,MBR工艺可有效截留水中的悬浮物、细菌、大分子有机物等。微生物在生物反应器内不断积累,系统内微生物浓度可达活性污泥法的5~10倍,降低了污泥负荷,提高了容积负荷,使得难降解有机物可以得到更好的去除,并且具有一定的抗冲击负荷能力。
b.污泥泥龄长,污泥产量少。
膜的分离作用可使微生物完全截留在生物反应器内,实现水力停留时间和固体停留时间的完全分离。反应器内泥龄长,排泥量少,不仅减少了污泥处置费用,而且使得一些增殖缓慢的细菌如硝化菌及难降解有机物分解菌得到很好的生长,提高了净水效果。
c.设备紧凑,占地面积小,自动化程度高,操作管理便捷。
MBR也存在一些缺点:
a.膜污染。
膜污染直接导致膜通量下降,操作成本增加。目前,膜污染问题是制约膜技术大规模应用的关键问题之一,如何缓解膜污染成为当前膜技术研究领域的一个研究热点。
b.膜的生产及运行成本高。
由于较高的生产和运行成本,膜技术的大规模应用得到了很大的限制[3]。
针对半导体废水的特殊性、多样性。我们针对其排放的DWWA(一般酸浆废水)、DOWW(一般有机废水)进行回收,并设计相应的MBR处理系统。
2、工程设计
程中,通入氧气可进一步促进PVA的降解。而中性或碱性条件、PVA初始浓度过高时,加入Cl或SO42-均会抑制PVA的降解。
2.4 臭氧氧化法
臭氧氧化法是利用臭氧作为氧化剂对废水进行净化处理的方法。臭氧氧化一方面依靠臭氧本身的强氧化性,另一方面是因为臭氧能在水中形成强氧化性的·OH,·OH可以氧化大多数有机物。刘智颖等采用臭氧-曝气生物滤池工艺处理含PVA的模拟印染废水,研究结果表明,当PVA质量浓度≤140mg/L、COD约250mg/L、水力负荷0.4~0.5m3(/m2·h)、臭氧量60mg/L时,能够达到较好的去除效果,PVA和COD去除率分别达到93.59%和64.29%。荆国华等采用臭氧氧化降解含PVA的废水,并且研究了紫外光和超声波的影响。结果表明:pH对臭氧氧化过程具有较大的影响,弱碱条件更有利于臭氧氧化降解,并且PVA初始浓度越低,PVA去除率越高。紫外光、超声波以及Fenton试剂的加入进一步提高了PVA的降解率。Tan等研究了臭氧催化氧化处理含PVA废水的效果,结果发现,相比臭氧单独氧化,臭氧催化氧化的效果更好,降解效果受催化剂浓度影响。随着Fe2+用量增加,PVA的降解效果提高,高去除率达到了85%。
2.5 超临界水氧化法
超临界水氧化法是利用超临界水(临界温度374.3℃,临界压力22.05MPa)特殊的理化性质,使污染物在超临界水介质中发生氧化反应,从而将大分子有机物转化为H2O、CO2和其他无毒小分子的方法。王世琴等用间歇式超临界水氧化装置
往会采用两种方法:(1)观察出水水质是否恶化、SS浓度是否上升;(2)观察池内水头损失是否变大。大都会以15~25、20~70m/h的水速、气速采用气-水联合反冲的方式进行反洗,其周期大都介于至两天之间。在二级、三级处理工艺中,生物量的增速分别较为快速、缓慢。在BAF分别被用于二种处理工艺时,其反省周期分别具有较短、较长的特点。
3、废水深度处理中臭化-BAF的应用
在实践运营阶段,臭氧的制备成本较为高昂,单独使用臭氧来进行废水处理会使成本大幅增加。相较之下,生物处理技术的优势就相当明显了,它不但能降低处理成本,并且能高效地处理多样化的有机污染物。因此在实践阶段,针对降低难度较大的有机物,为了使之转变为可降解化合物大都会使用臭氧。随后再利用较为经济的BAF技术进一步减小COD浓度,进而将两种技术有机结合起来,使之兼具成本低廉、高效处理的优势。当前,该项复合工艺已被普及应用于造纸、焦化等领域内的废水处理中。
3.1 食品添加剂废水处理中,臭化-BAF的应用
对于生产酵母、蛋糕油等多样化产品的食品添加剂公司而言,其生产所排放的废水含有一些降低难度较大的污染物,有机物深度偏高、易于变化,其废水水质较为复杂。通过采用臭氧氧化-BAF工艺对某食品添加剂公司生产车间所排放的废水进行深度处理后,取得了良好的成效,COD去除率高达85%。
3.2 纺织印染废水中臭化-BAF的应用
针对广东省某纺织品有限公司的二级生化后的印染废水,李达宁,汪晓军采用臭氧氧化-BAF工艺进行了深度处理。实践经验表明,这一系统处理工艺能够高效处理印染废水,出水水质能够符合相关要求。
3.3 生活污水中臭化-BAF的应用
针对臭氧氧化-BAF对生活污水二级出水的处理特点,王树涛,马军等人采用臭氧预氧化/BAF联合工艺对其相
