水力负荷冲击对洗浴废水处理效果的影响研究.pdf

年第 期（第 卷）黑龙江水利科技 （）文章编号：（）水力负荷冲击对洗浴废水处理效果的影响研究刘振，刘丽（天津市政工程设计研究总院有限公司，天津 ；天津市基础设施耐久性企业重点实验室，天津 ；临沂市建筑设计研究院有限责任公司，山东 临沂 ）摘要：洗浴废水水量波动较大，而水力负荷冲击将对系统的处理效果及运行稳定性造成不利影响。针对此问题，构建了人工快速渗滤（）双池系统处理洗浴废水，考察水力负荷冲击对其性能的影响并提出了相应的强化策略。研究结果表明：当水力负荷为 （）、单周期运行时间为 时，双池系统对洗浴废水中主要污染物的去除效果及运行稳定性较好；当水力负荷突增至 （）时，由于进入系统的污染物量增加，系统的吸附、截留以及微生物转化作用均不同程度减弱，污染物去除效率随之降低；为保证污染物去除效果的稳定，可适当延长单周期运行时间使之恢复。研究结果可为 双池系统处理洗浴废水时应对水力负荷冲击提供有利的强化策略。关键词：水力负荷；冲击；洗浴废水；影响中图分类号：文献标识码：收稿日期 作者简介 刘振（），男，山东临沂人，高级工程师；刘丽（），女，山东临沂人，工程师。引言洗浴废水作为城镇生活污水的重要来源，其直接排放不仅会造成水资源的流失，还会加剧水体及其他环境介质的污染 。为降低其环境影响，常采用气浮、沉降、混凝、过滤等物化法对其进行处理，存在成本较高的问题，而以传统的生物方法处理时，又存在抗冲击能力差、操作流程繁琐等不足。探索能够净化洗浴废水的低成本、高效率的方法，对废水的再生利用而言具有现实意义。人工快速渗滤（，）系统工艺流程简易、运行成本低，能够通过人工介质与特殊填料高效且快速的处理污水 。等采用焦炭为填料构建 滤柱对废水中的磺胺类抗生素和喹诺酮类抗生素进行去除，结果表明，磺胺类抗生素存在时，滤柱对化学需氧量（）、氨氮（）和总磷（）的去除率分别超过了 、和 ，比喹诺酮类抗生素存在时的 滤柱分别低 、和 。陈佼等采用好氧 池 厌氧 池组合工艺对印染厂的二级排水进行深度净化，结果表明，其对 的去除率均值为 ，对 的 去 除 率 均 值 可 达 到 ，的去除率均值可达到 。张杰斌等构建改良型 系统以处理实际农村生活污水，研究结果表明，运行 后出水水质趋于稳定，出水浓度均值低于 ，出水浓度偏高，均值达到 ，出水浓度较低，均值仅为 ，达到排放要求。李刘柱等采用 工艺对某河的河道水进行处理，运行结果证明其对 有着较为突出的去除效果，去除率均值达到 ，去除率均值则达到 ，而 去除率均值相对较低，但也超过 ，出水悬浮物浓度 。由于 系统具有能耗低、环境友好的特点，在发展中国家具有广泛的应用价值与前景，将其用于洗浴废水处理表现出良好的可行性。然而，洗浴废水来源广泛，作为洗浴废水三大主要来源之一的居民洗浴废水，其排放时间和排放水量均具有不确定性，探究水力负荷冲击对洗浴废水处理效果的影响显得尤为必要。年第 期（第 卷）黑龙江水利科技 （）因此，本研究将启动 双池系统进行洗浴废水的处理，考察水力负荷冲击下该系统对污水中主要污染物去除效果的影响，并根据运行情况提出相关的应对策略，以期为 系统的稳定运行提供技术参考，并推进该技术在洗浴废水处理领域的应用与发展。材料与方法 反应装置图 为 双池系统示意图，由 内池和外池组成。内池高 ，内径 ，内池由上往下依次为进水区（高 ，不作填充）、碎石区（高 ，内填碎石，粒径 ）、滤料区（高 ，内填混合滤料，由天然河砂、沸石砂、大理石砂构成，粒径分别是 、，质量百分比分别为 、，填充前已采用二沉池回流污泥接种）。外池高 ，内径 ，底部通过碎石区（高 ，内填碎石，粒径 ）与 内池连通，上方设有滤料区（高 ，内填混合滤料，由天然河砂、自制反硝化颗粒构成，粒径分别为 、，质量百分比分别为 、，填充前已采用反硝化池污泥接种），滤料区上方再设有碎石区并在一侧设有排水口。图 系统装置示意图 进水水质洗浴废水收集自成都某高校公寓区学生洗浴后排出的实际废水，该废水中表面活性剂（）浓度范围在 ，浓度范围在 ，浓度范围在 ，总氮（）浓度范围在 ，浓度范围在 ，值不作特别调控。进水前，先采用简单的静沉和过滤方法去除水中较为明显的杂质，以减缓 双池系统表层的堵塞。运行方案从 内池进水区的上方均匀布水，稳定运行期间的水力负荷控制在 （），每个周期运行时间为 ，湿干比控制在 ，运行期间温度控制在 左右。水力负荷冲击阶段，将水力负荷提高到 （），单周期运行时间和总运行天数如表 所示。表 主要运行参数水力负荷（）单周期时间 运行天数 分析方法每天展开 次水质分析，水质指标均采用国家标准方法进行分析。结果与讨论 对 去除效果的影响水力负荷冲击下 双池系统的 去除效果见图 。图 水力负荷冲击对 去除的影响由图 可知，第 时，进水的水力负荷为 （）、单周期运行时间为 ，双池系统运行稳定，对洗浴废水中 的平均去除率可达到 。从第 开始当水力负荷突增至 （）时，可以明显看到出水 浓度增加，平均去除率降低至 。因为随着水力负荷的突增，单位时间的洗浴废水进水水量增加，系统需要处理的洗浴废水中的 污染物量也随之大幅增加，废水在 双池系统内的水力停留时间有所缩短，因而单位时间内的处理效率也有所降低。年第 期（第 卷）黑龙江水利科技 （）为提高 去除效果，从第 开始将 双池系统的单周期运行时间从 增至 ，此时 平均去除率增至 ，增长率为 ，出水 浓度重新回到系统运行初期的较低水平。因为单周期运行时间增长，淹水期和落干期都有所变长，洗浴废水中的污染物能够在淹水期被充分吸附或截留在系统内，落干期微生物的转化效果也更加充分，出水 浓度随之降低。从第 开始，继续增加单周期运行时间至 ，可以看出 去除效率进一步提高，平均去 除 率 达 。相 较 水 力 负 荷 为 （）、单周期运行时间为 时的 平均 去 除 率 提 高 了 ，相 较 水 力 负 荷 为 （）、单周期运行时间为 时提高了 。但从经济角度考虑，当水力负荷突增至 （）时，提高单周期运行时间至 即可满足 的去除要求，以此作为应对策略。对 去除效果的影响水力负荷冲击下，双池系统对洗浴废水中 的去除情况见图 。图 水力负荷冲击对 去除的影响由图 可知，当水力负荷由稳定期的 （）突增至 （）时，平均 去除率从 下降到 ，降低了 ，第 时 出水浓度相较前 有明显升高，这是因为随着水力负荷的增加，单位时间进入系统的 量明显变多，进而降低了 双池系统单位时间下对 的去除效果。从第 开始，提高 双池系统的单周期运行时间至 ，出水浓度逐渐下降到初始水平，平均去除率相较单周期运行时间为 时提高了 ，升至 ，相较于 （）的水力负荷、的单周期运行时间时仅低 ，在考虑系统运行效率的前提下已经可以保证 的去除效果。为进一步研究增加单周期运行时间对 处理效果的影响，第 起将 双池系统的单周期运行时间从 增加到 ，结果显示 的出水浓度进一步降低，平均去除率增至 ，相比前一阶 段 提 高 了 ，相 比 水 力 负 荷 为 （）、单周期运行时间为 时提高了 。由此可以看出，增加 双池系统的单周期运行时间能够提高其对 的平均去除率，这是由于淹水期和落干期都随着运行时间的增加而变长，微生物能够对洗浴废水中 进行更充分地转化，同时系统的吸附和截留效果随之提高。但是综合时间成本与处理效果考量，不必将 双池系统的单周期运行时间提高至 。对氮素去除效果的影响图 、图 分别反映了水力负荷冲击对 双池系统处理洗浴废水时 、的去除效果的影响。图 水力负荷冲击对 去除的影响图 水力负荷冲击对 去除的影响由图可知，水力负荷稳定期间，的去 年第 期（第 卷）黑龙江水利科技 （）除率均值为 。在第 ，双池系统的单周期运行时间保持在 ，但水力负荷从 （）突增至 （），此时出水 浓 度 明 显 增 高，平 均 去 除 率 降 至 ，降低率达到 。由图 可知，受到水力负荷冲击后，的去除表现出与 类似的规律，平均去除率从 降至 ，降低率为 ，可以看出随着进水量的增加，洗浴废水的水力停留时间缩短，会明显导致 双池系统对氮素污染物的去除效果降低。为保持水力负荷突增至 （）时 双池系统对洗浴废水中氮素污染物的去除效果，从第 开始将其单周期运行时间从 提高到 ，此时 、出水浓度回落至较低水平，其中 的平均去除率提高到 ，相比前一阶段增长了 ，的平均去除率提高到 ，相比前一阶段增长了 ，两者去除率均已接近水力负荷为 （）、单周期运行时间为 时的水平。如果进一步增加 双池系统的单周期运行时间至 ，相比单周期运行时间为 时，和 的平均去除率会继续提高，分别达到 和 ，及 的出水浓度也会进一步降低。综上所述，当水力负荷由 （）突增至 （）时，考虑运行成本与 、的实际处理效果，选择 作为单周期运行时间更适合，可将此作为应对该水力负荷冲击时的调控策略。对 去除效果的影响水力负荷冲击对 双池系统处理洗浴废水时 去除效果的影响如图 所示。图 水力负荷冲击对 去除的影响由图可知，前 时 双池系统的单周期运行时间为 ，平均去除率为 。从第 起水力负荷突然从 （）增至 （），由于随洗浴废水进入系统的含磷污染物增多导致系统单位时间内的处理能力降低，出水浓度明显增高，平均去除率降至 ，相比稳定运行阶段低了 。从第 开始保持水力负荷为 （），将 双池系统的单个运行周期的时间从 增长至 ，平均去除率变为 ，相较单周期运行时间为 时增长率达 。这是由于随着运行中的淹水期、落干期增长，吸附、截留、微生物转化效率提高，出水磷含量明显下降。为进一步降低出水中的磷含量，从第 起将单周期运行时间延长到 ，此时 平均去除率为 ，相比前一阶段提高了 ，相较水力负荷为 （）、单周期运行时间为 时提高了 。由此可见，当水力负荷突增至 （）时，虽然将单周期运行时间增加到 时 去除率会进一步提高，但增加到 已经可以保证良好的 去除效果，考虑系统运行效率带来的运营成本影响，选择提高单周期运行时间至 即可满足恢复处理效果的要求。结论为实现洗浴废水处理系统的稳定运行，研发了 双池系统用于洗浴废水的净化，探讨了水力负荷冲击对污染物去除效果的影响并提出了相关的应对措施，得到如下结论：）稳定运行阶段，当水力负荷为 （）、单周期运行时间为 时，双池系统对 的平 均 去 除 率 为 ，去 除 率 均 值 为 ，去除率均值为 ，去除率均值为 ，对 的平均去除率为 ，洗浴废水处理效果良好。）当水力负荷突增至 （）时，去除率均值降至 ，去除率均值降至 ，去除率均值降至 ，去除率均值降至 ，去除率均值降至 ，水力负荷冲击会对 双池系统的洗浴废水处理效果造成较大的负面影响。）为保持 双池系统面对水力负荷冲击时的稳定运行性能，将单周期运行时间由 提高到 ，可使其基本恢复至水力负荷为 （）年第 期（第 卷）黑龙江水利科技 （）时的去除效果，将单周期运行时间进一步提高到 ，可使污染物去除效率进一步提升，但选择单周期运行时间增至 是更具经济性的应对策略。参考文献：王希越，刘东方，王振东，等 混凝 组合工艺处理洗浴废水的实验研究 水处理技术，（）：杨红薇，郑雨蒙，李舒涵，等 铵态氮在人工快渗系统中迁移转化的数值模拟研究 安全与环境学报，（）：陈佼，李晓媛，任燕玲，等 组合 工艺对印染二级生化出水的深度脱氮效果 工业水处理，（）：张杰斌，朱木兰 改良型人工快渗系统脱氮除磷效果研究 中 国 水 利 水 电 科 学 研 究 院 学 报，（）：，李刘柱，李洪飞，杜辉 人工快渗系统在神定河水质提升中的应用 中国给水排水，（）：（上接第 页）扫描观测采用 扫描电镜观测内掺 防腐阻锈剂和基准水泥胶砂试件的 、水化产物形貌，从而揭示其作用机理。结果显示，水泥胶砂水化产物随着水化龄期的延长不断增多，不同胶凝材料类型同龄期水泥胶砂水化程度存在明显差异。龄期 时，掺防腐阻锈剂组的水化程度、水化产物相较于基准组偏少，主要是棱柱状 （）和细小棒状钙矾石晶体、纤维状 凝胶；龄期 时，水泥石结构密实且水化产物增多，主要是少量棱柱状 （）、交错生长的棒针状钙矾石晶体和块状 凝胶，掺防腐阻锈剂组相较于基准组的水化产物较多；龄期 时，水化产物持续增加，以针状钙矾石晶体和搭接生长的块状 凝胶为主。防腐阻锈剂的掺入能够消耗多余的 （）晶体，参与二次水化更多的钙矾石和 凝胶，从而提高水泥胶砂的强度、致密性和抗侵蚀性能 。结论）试验复配的防腐阻锈剂能够有效改善水泥胶砂的强度和工作性能，实际应用时发挥着一定的减水效应；水泥胶砂掺防腐阻锈剂组的 膨胀系数 国标规定的限值 ，抗蚀系数 ，说明其抗侵蚀性能良好。）防腐阻锈剂可以有效增强钝化膜的稳定性，降低钢筋表面钝化膜受高浓度氯离子的破坏作用，其阻锈效果优于从市场上购买的 型阻锈剂。从作用机理上，防腐阻锈剂的掺入可以消耗多余的 （）晶体，促进水化生成更多的钙矾石和 凝胶，从而提高水泥胶砂的强度、致密性和抗侵蚀性能。参考文献：金伟良，吴航通，许晨，等 钢筋混凝土结构耐久性提升技术研 究 进 展 水 利 水 电 科 技 进 展，（）：梁天爰 不同薄壁厚度下水保工程水工混凝土的热能损耗试验 水土保持应用技术，（）：孙刚锋，缑彦强 冻融循环及硫酸盐侵蚀对混凝土耐久性的 影 响 研 究 水 利 与 建 筑 工 程 学 报，（）：蒋天元 基于水利水电工程金属结构腐蚀分析与防腐措施 控 制 研 究 黑 龙 江 水 利 科 技，（）：张迪，刘斌云，徐天杰 防腐剂对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能影响的试验研究 混凝土，（）：张俊，潘志华，李洪马，等 低水灰比条件下水泥砂浆的抗硫酸盐侵蚀性能 混凝土，（）：杨林，李遵云，胡珊 有机钢筋阻锈剂在混凝土中的阻锈性能 及 其 对 混 凝 土 性 能 的 影 响 混 凝 土，（）：潘崇根，李伊伊，舒咚咚，等 迁移型阻锈剂在钢筋混凝土中的研究进展 材料导报，（）：王晓彤，孙丛涛，程火焰 氨基醇类阻锈剂的阻锈机理 硅酸盐通报，（）：段德峰，黄显冲，王晓川 受硫酸盐腐蚀混凝土微观结构分析 四川建筑科学研究，（）：梁天爰 不同薄壁厚度下水保工程水工混凝土的热能损耗试验 水土保持应用技术，（）：