净化机理（共3篇）
净化机理 篇1
0 引言
长期以来, 生活污水的二级生物处理多采用活性污泥法, 包括普通活性污泥法及其变形工艺、氧化沟工艺、延时曝气的SBR法及其变形工艺以及A-B法等工艺。虽然这些都是较成熟的污水处理工艺, 但普遍存在着占地面积大、基建投资高、工艺设备处理效能低、能耗高, 运行费用高、管理不便等问题。
1 生物膜法净化污水机理
污水中有机污染物质种类繁多, 成分复杂。但对于生活污水来说, 其有机成分归纳起来主要包括:蛋白质 (40%-60%) 、碳水化合物 (25%-50%) 和油脂 (10%) , 此外还含有一定量的尿素。生物膜法依靠固定于载体表面上的微生物膜来降解有机物, 由于微生物细胞几乎能在水环境中的任何适宜的载体表面牢固地附着、生长和繁殖, 由细胞内向外伸展的胞外多聚物使微生物细胞形成纤维状的缠结结构, 因此生物膜通常具有孔状结构, 并具有很强的吸附性能。
生物膜附着在载体的表面, 是高度亲水的物质, 在污水不断流动的条件下, 其外侧总是存在着一层附着水层。生物膜又是微生物高度密集的物质, 在膜的表面上和一定深度的内部生长繁殖着大量的微生物及微型动物, 并形成由有机污染物→细菌→原生动物 (后生动物) 组成的食物链。污水在流过载体表面时, 污水中的有机污染物被生物膜中的微生物吸附, 并通过氧向生物膜内部扩散, 在膜中发生生物氧化等作用, 从而完成对有机物的降解。生物膜表层生长的是好氧和兼氧微生物, 而在生物膜的内层微生物则往往处于厌氧状态, 当生物膜逐渐增厚, 厌氧层的厚度超过好氧层时, 会导致生物膜的脱落, 而新的生物膜又会在载体表面重新生成, 通过生物膜的周期更新, 以维持生物膜反应器的正常运行。
生物膜法通过将微生物细胞固定于反应器内的载体上, 实现了微生物停留时间和水力停留时间的分离, 载体填料的存在, 对水流起到强制紊动的作用, 同时可促进水中污染物质与微生物细胞的充分接触, 从实质上强化了传质过程。生物膜法克服了活性污泥法中易出现的污泥膨胀和污泥上浮等问题, 在许多情况下不仅能代替活性污泥法用于城市污水的二级生物处理, 而且还具有运行稳定、抗冲击负荷强、更为经济节能、具有一定的硝化反硝化功能、可实现封闭运转防止臭味等优点。
2 新型好氧生物膜法处理技术——曝气生物滤池 (BAF)
曝气生物滤池的基本原理在于, 在一级强化的基础上, 以颗粒状填料及其附着生长的生物膜为主要处理介质, 充分发挥生物吸附代谢、物理截留及反应器食物链的分级捕食作用, 实现污染物在同一单元反应器内的去除。曝气生物滤池在开发过程中, 充分借鉴了生物接触氧化反应器和深床过滤的设计原理, 省却了二沉池。反应器内存在着不同的好氧、缺氧区域, 可同步实现硝化和反硝化, 在去除有机物的同时达到脱氮的目的。
曝气生物滤池的工艺形式在进水方式、填料选择和使用功能上各有不同, 即上向流曝气生物滤池和下向流生物滤池;悬浮填料曝气生物滤池和淹没填料曝气生物滤池;去碳曝气生物滤池、硝化生物滤池和反硝化生物滤池等。目前在工程中使用的形式分为四大类:即BIOCARBONE、BIOFOR、BIFSTRY和BIOPUR。其中BIOPUR的形式与BIOFOR基本相同, 只是BIOPUR的填料根据不同水质采用波纹板、陶粒或石英砂, 以取得不同的处理效果。
1) BIOCARBONE。BIOCARBONE采用下向流形式, 污水从滤池上部流入, 在滤池中下部设曝气管 (一般距底部25-40cm处) 进行曝气, 气水处于逆流。曝气管上部起生物降解作用, 下部主要起截留SS及脱落的生物膜的作用。在反应器中, 有机物被微生物氧化分解, 氨氮被氧化成硝氮, 另外由于在生物膜内部存在厌氧/兼氧微环境, 在硝化的同时可实现部分反硝化。
2) BIOFOR。BIOFOR采用上向流形式, 截留在底部的SS可在气泡的上升过程中被带入滤池中上部, 加大填料的纳污率, 延长了反冲洗周期。国内设计单位采用此工艺处理生活污水及工业废水的混合水, 处理水量为1500m3/d, 其中生活污水900m3/d、工业废水600m3/d, 从实际运行结果看, 当曝气生物滤池BOD5容积负荷在5-6kg/m3.d时, 出水COD平均保持在60mg/L以下。
3) BIOSTYR。BIOSTYR和BIOFOR不同的是采用密度小于水的滤料, 一般为聚苯乙烯小球。运行时采用上向流, 在滤池顶部设格网或滤板以阻止滤料流出, 正常运行时滤料呈压实状态, 反冲时采用气水联合反冲, 反冲水采用下向流以冲散被压实的滤料小球, 反冲出水从滤池底部流出。BIOSTYR曝气生物滤池的特点是处理方式非常灵活, 可根据曝气位置的不同可以控制硝化反应和反硝化反应的程度, 也可以单独进行硝化反应。具有硝化和反硝化功能的BIOSTYR生物滤池, 其曝气管位于滤床中的经过计算的位置, 将滤床分隔为厌氧区和好氧区, 对有机物、固体悬浮物、氨氮和硝酸盐氮等有很好的去除效果。BIOSTYR中随着过滤的进行, 其水头损失的增长与BIOCARBONE有所不同, 其水头损失的增长与运行时间成正比, 由于BIOSTRY中没有形成表面堵塞层, 因此其运行周期较BIOCARBONE工艺要长。
3 曝气生物滤池存在的主要问题
曝气生物滤池在实际应用中主要存在以下问题:
3.1曝气生物滤池对进水的悬浮物要求较高, 根据国外的运行经验, 进水的SS一般不超过10omg/L, 最好控制在60mg/L以下。这样就对曝气生物滤池前的预处理工艺提出了较高的要求。
3.2采用曝气生物滤池水头损失较大, 而且由于停留时间较短, 消化不充分, 产泥量较大, 且含有较多的脱落生物膜碎片, 污泥稳定性稍差, 进一步处理困难。
3.3曝气生物滤池生物除磷的作用有限, 因此一般需要采用化学除磷。
3.4对于需要进行脱氮的污水, 如果单独采用曝气生物滤池工艺, 在进水碳源充足的情况下, 可选择上向流的BIO-FOR和BIOSTYR工艺前置脱氮, 这样既可以缩短流程, 同时又可节省投资;但如果进水碳源不足, 那么就需要将硝化/反硝化单独进行, 考虑后置脱氮, 其最为不利的一面是需要外加碳源, 运行成本相对较高;另一个问题是如何投加适量的碳源, 这需要稳定的进水浓度。同时, 出水需要进行曝气用于去除过量的碳, 使得运行管理较为复杂, 能耗也有所增加。
4 结束语
总之, 如何使生活污水处理工艺朝着低能耗、高效率、少剩余污泥产量、最方便的操作管理, 以及实现磷回收和再生水回用等可持续的方向发展, 已成为目前水处理技术研究和应用领域共同关注的问题。这就要求污水处理不应仅仅满足单一的水质改善, 同时也需要一并考虑污水及所含污染物的资源化和能源化问题, 且所采用的技术必须以低能耗和少资源损耗为前提。S
摘要：在污水生物处理的发展和应用中, 活性污泥法和生物膜法一直占据主导地位。随着新型填料的开发和配套技术的不断完善, 与活性污泥法平行发展起来的生物膜法处理工艺在近年来得以快速发展。由于生物膜法具有处理效率高、耐冲击负荷性能好、产泥量低、占地面积少以及便于运行管理等优点, 在处理中等规模的低浓度城市污水方面较活性污泥法更具竞争力。
关键词：环境工程,生活污水,生物膜法,吸附性能,循环经济,可持续发展
参考文献
[1]王凯军, 贾立敏.城市污水生物处理新技术开发与应用[M].北京:化学工业出版社, 2001.
[2]刘雨.生物膜法污水处理技[M].北京:中国建筑工业出版社, 2000.
净化机理 篇2
综述了人工湿地生态系统除氮的各种机理和影响系统除氮效率的主要影响因素.对今后人工湿地除氮的研究方向进行了展望,并提出以负荷去除率计算系统的`除氮性能的相关建议.
作 者：张虎成 俞穆清 田卫 徐宁 作者单位：中国科学院东北地理与农业生态研究所,长春,130012 刊 名：干旱区资源与环境 PKU CSSCI英文刊名：JOURNAL OF ARID LAND RESOURCES AND ENVIRONMENT 年，卷(期)： 18(4) 分类号：X52 关键词：人工湿地 氮 净化机理 影响因素 研究进展
净化机理 篇3
关键词：嘉恒箱式活性碳毡净化器,活性碳纤维,粒状活性碳
0 引言
随着经济的发展与生活水平的提高, 人们对环境污染问题的重视程度及空气的品质要求不断提高;随着工业的发展和城市的不断扩大, 我们身边有害气体的浓度也在增加, 而人们对空气的洁净度要求也在逐年提高, 由于活性碳材料可以有效清除气体污染物, 因此在烟气净化方面得以大量应用。唐山嘉恒实业有限公司实用新型专利—嘉恒箱式活性碳毡净化器在烟气净化、水处理等方面较传统处理方式优势明显, 应用前景广阔。
1 活性碳材料[1,2,3]
活性碳材料, 是一种具有多孔结构和内部比表面积大的材料。由于其表面积大、呈微孔结构、吸附能力高强和表面活性高而成为独特的多功能吸附剂, 且其价廉易得, 部分还可再生活化, 同时它可有效去除废水、废气中的大部分有机物和某些无机物, 所以它被世界各国广泛地应用于污水废气处理、空气净化、回收稀有金属及溶剂等环境保护和资源回收领域。活性碳分为粒状活性碳、粉末活性碳及活性碳纤维, 但是由于粉末活性碳有二次污染且不能再生复活而被限制利用。
活性碳材料中有大量肉眼看不见的微孔, 其中绝大部分微孔的孔径在5-500埃 (1埃=1×10-10米, 以下同) 之间, 单位材料中微孔的总内表面积可以高达700-2300m2/g, 也就是说, 在一个米粒大小的活性碳颗粒中, 微孔的内表面积相当于一个大客厅墙面的大小。
根据材料的处理方法, 活性碳吸附分为物理吸附和化学吸附。物理吸附没有明显的化学反应, 它主要依靠范德华力。化学吸附是经过化学处理而使材料与有害气体产生化学反应的吸附, 它的原理是:活性碳靠范德华力抓到气体分子, 材料上的化学成分与污染物起反应, 生成固体成分或无害的气体。
1.1 粒状活性碳 (GAC-granular activated carbon)
GAC的85%-90%用于水处理和气体吸附处理, 它的粒径为500-5000μm, GAC的孔结构一般是具有三分散态的孔分布, 既具有按国际纯粹与应用化学会 (IUPAC) 分类的孔径>50nm的大孔, 也有2.0-50nm的中孔 (过渡孔) 和<2.0nm的微孔[5,6,7]。
由于GAC的孔状结构所致, 它的吸附速度较慢, 分离率不高, 特别是它的物理形态使其在应用和操作上的有诸多不便, 限制了GAC的应用范围。
1.2 活性碳纤维 (ACF-activated carbon fiber) [8,9]
ACF是继粉状与粒状活性碳之后的第三代活性碳产品。70年代发展起来的活性碳纤维是随着碳纤维工业发展起来的一种新型、高效的吸附剂。
ACF是多孔碳家族中具有独特性能的一员, 与传统的粒状活性碳 (GAC) 相比, ACF具有以下特点:
1) ACF与GAC的孔结构有很大的差异, 如图1和图2所示。ACF的孔分布基本上呈单分散态, 主要由小于2.0nm的微孔组成, 且孔口直接开口在纤维表面, 其吸附质到达吸附位的扩散路径短, 纤维直径细, 故与被吸附物质的接触面积大, 增加了吸附几率, 且可均匀接触。
2) 比表面积大, 最大可大2500m2/g, 约是GAC的1.5-100倍;吸附能力为GAC的400倍以上;吸附、脱附速度快, ACF对气体的吸附数十秒至数分钟可达平衡。
3) ACF孔径分布范围窄, 绝大多数孔径在100埃以下, GAC的内部结构有微孔、过渡孔和大孔之分, 而ACF的结构只有微孔及少量的过渡孔, 没有大孔, 并且孔径均匀, 分布比较狭窄, 为0.1-1nm, 这是ACF吸附选择性较好的原因。
4) ACF不仅对高浓度吸附质的吸附能力明显, 对低浓度吸附质的吸附能力也特别优异, 如当甲苯气体含量低到10ppm以下时, ACF还能对其吸附, 而GAC必须高于100ppm时方能吸附。
5) 耐热、耐酸碱;具有很强的氧化还原特性, 可将高价金属离子还原为低价态。
6) 体积密度小, 滤阻小, 约是GAC的1/3。可吸附粘度较大的液体物质, 且动力损耗小。
而且ACF易再生, 工艺灵活性大 (可制成纱、布、毡和纸等多种制品) ;以及不易粉化和沉降等特征, 这些特征有利于吸附和脱附, 使得ACF对各种有机化合物具有较大的吸附量和较快的吸、脱附速度。
吸附剂的吸附性能由吸附剂的比表面积、吸附剂的孔隙直径来决定, 其吸附性能的值log[ (C0-C) /C]可由下式计算求得:
式中:C0———初始浓度;
C———平衡浓度;
S———吸附剂的比表面积 (m2/g) ;
D———吸附剂的孔隙直径 (nm) 。
由上式可见, 吸附剂的比表面积越大其吸附能力也越大, 吸附剂的孔隙直径越小具有的吸附能力则越大。吸附剂活性碳纤维最显著的特点是具有非常发达的比表面积 (1000m2/g-3000m2/g) 和丰富的微孔, 微孔的体积占总孔体积的90%以上, 微孔直径约为10埃左右, 故其吸附能力大。它对硫醇类恶臭气味化合物及苯酚和亚甲基兰等离子具有特殊的吸附能力, 且其表面具有疏水性, 对水蒸气吸附亲和性小, 对空气中的有害气体、臭气, 特别是有机化合物具有较高的去除效率, 适于吸附和脱附频繁的废水处理和空气净化等。ACF被认为是21世纪最优秀的环境材料之一。在气体和液体净化, 有害气体及液体吸附处理等方面已得到广泛应用。
ACF是非常有发展前途的高效吸附材料, 无论污染物质是微量级还是高浓度, 都可采用ACF进行吸附处理, 达到满意效果, 根据需要可加工成丝、纸、毡、布等形式, 在很多领域中都将取代粒状活性碳。嘉恒箱式活性碳毡净化器具有吸附效率高、脱附再生快、设备体积小等优点, 在烟气净化、废水处理等领域应用前景广阔。
2 嘉恒箱式活性碳毡净化器过滤性能分析[10,11,12,13]
影响活性碳毡净化器吸附效果和使用寿命的主要因素有:污染物的种类和浓度、气流在过滤材料中的滞留时间、空气的温度和湿度。嘉恒箱式活性碳毡净化器, 不但能过滤空气中的细微颗粒, 而且对酸性气体、碱性气体、恶臭、甲醛、苯等苯类、酚类、醇类、酯类、醛类等有机气体和含有微量重金属的低浓度、大风量的各类气体有很好的吸附效果。嘉恒箱式活性碳毡净化器在过滤时的压力损失小, 吸附和脱附速度快, 故可大量应用于气体的净化。
2.1 对氨气的过滤性能对比
将粒状活性碳过滤器和嘉恒箱式活性碳毡净化器进行对比实验, 数据如表1所示:
从实验结果可以看出, 嘉恒箱式活性碳毡净化器对氨气的去除率较粒状活性碳过滤器高, 且再生性能明显优于粒状活性碳过滤器。同时嘉恒箱式活性碳毡净化器克服了粒状活性碳过滤器对低浓度介质难以吸附及难以再生的缺点。
2.2对甲醛气体的吸附性能对比
在范德华力的作用下, 当相距很近的相对孔壁的吸附场发生叠加, 引起微孔内吸附势的增加, 因此在较低相对压强 (低浓度) 和较短的时间内就基本完成了吸附, 也就是说, 低浓度下吸附量高, 如图3所示。
2.3 嘉恒箱式活性碳毡净化器对SO2、NOx的过滤
嘉恒箱式活性碳毡净化器的阻力与风道风速成直线关系;对SO2、NOx的去除效率随过滤器的风量而变化。并随去除时间的延长而增大, 最后逐渐趋于平缓趋势。嘉恒箱式活性碳毡净化器的最佳滤速不随污染浓度的改变而变化。
2.4嘉恒箱式活性碳毡净化器对二噁英类物质的吸附
二噁英主要以颗粒状态存在于烟气中或者吸附在飞灰颗粒上, 因此为了降低烟气中二噁英的排放量, 就必须严格控制粉尘的排放量。布袋除尘器对1μm以上粉尘的去除效率达到99%以上, 但是对超细粉尘的去除效果不是十分理想, 但活性碳毡的强吸附能力可以弥补这项缺陷, 由于活性碳毡的吸附能力远大于粒状活性碳, 因此嘉恒箱式活性碳毡净化器对超细粉尘及其吸附的二噁英的捕集效率要高于传统粒状活性碳。
2.5嘉恒箱式活性碳毡净化器对烟气中重金属元素的吸附
烟气中重金属主要以气态或吸附态形式存在。气化温度较高的重金属及其化合物在烟气处理系统降温过程中凝结成粒状物质, 然后被除尘设备收集去除;气化温度较低的重金属元素无法充分凝结, 但飞灰表面的催化作用可能使其转化成气化温度较高、较易凝结的金属氧化物或氯化物, 从而被除尘设备收集去除;仍以气态存在的重金属物质, 将被嘉恒箱式活性碳毡净化器收集去除。
3 未来市场展望[14,15]