改性硅藻土處理污水處理廠尾水的研究

改性硅藻土處理污水處理廠尾水的研究

為了減少水環(huán)境，緩解水保護危機，對城市污水處理廠的廢水進行深度處理和回用具有重要的現(xiàn)實意義。硅藻土污水處理技術(shù)是近20年發(fā)展的水處理技術(shù),至今采用硅藻土污水處理技術(shù)的污水處理項目總量已超過5.0×105m3/d。為了提高處理效果,往往將硅藻土進行提純或改性后再配置成硅藻土水處理劑,應(yīng)用時,定量將硅藻土水處理劑投入污水中充分?jǐn)嚢?利用處理劑的中和、絮凝、吸附和過濾等作用,實現(xiàn)污水處理和凈化。作為新技術(shù),其主要應(yīng)用在治理工業(yè)廢水或生產(chǎn)飲用水,已有較多的關(guān)于硅藻土處理含重金屬離子廢水、含氟廢水、印染廢水、造紙廢水、垃圾滲濾液以及城鎮(zhèn)污水等研究與應(yīng)用的報道。目前,該技術(shù)用于城鎮(zhèn)污水的處理仍處于初期的探索階段,所積累的經(jīng)驗也不多,尤其在城鎮(zhèn)污水處理廠尾水的深度處理方面,國內(nèi)外相關(guān)的研究與應(yīng)用極少,罕見有相關(guān)的報道。硅藻土污水處理技術(shù)原理是物化作用,通常采用的反應(yīng)器有“絮凝反應(yīng)+沉淀池”和澄清池,由于澄清池工藝成熟、構(gòu)造緊湊、操作簡便等特點,在硅藻土處理污水的研究與應(yīng)用常被采用,其中以水力循環(huán)澄清池最早與最多。然而水力循環(huán)澄清池存在絮凝不充分、對水質(zhì)適應(yīng)能力差、池深易厭氧產(chǎn)氣浮泥等缺點,應(yīng)用受制約。而機械加速澄清池可克服水力澄清池的缺陷,而且通過機械攪拌增加了懸浮狀態(tài)的活性泥渣層與加藥的原水的顆粒碰撞機會,提高處理效率,故而成為硅藻土污水處理技術(shù)的反應(yīng)器的最佳選擇。本研究以機械加速澄清池為反應(yīng)器,采用改性硅藻土處理城市污水處理廠尾水,著重考察改性硅藻土的投加量對尾水中COD、TP、TN和氨氮的去除效果的影響,以期為城市污水廠尾水的深度處理提供一定的參考和依據(jù)。1材料和方法1.1絮凝室實驗所用的機械加速澄清池裝置如圖1所示。裝置材質(zhì)為有機玻璃,尺寸?600mm×H310mm,總?cè)莘e67L,其中第1絮凝室容積15.5L,第2絮凝室容積6.5L,分離室容積45L,3室比例2.4∶1∶6.9。實驗用水由進水泵經(jīng)流量計控制進入第1絮凝室,在葉輪攪拌下,迅速與加入的藥劑、回流污泥完成混合,并隨葉輪提升到第2絮凝室完成絮凝反應(yīng);然后經(jīng)導(dǎo)流筒進入分離室完成泥水分離,上部清水由出水槽收集排出;分離沉降的泥漿從回流縫回到第1絮凝室。當(dāng)泥漿沉降比>20%時,進行排泥。1.2攪拌葉輪轉(zhuǎn)速機械加速澄清池的主要參數(shù)要求:分離室上升流速0.7~0.9mm/s,第2絮凝室流速40~60mm/s,總停留時間為1.2~1.5h,攪拌葉輪轉(zhuǎn)速5~60r/min,回流循環(huán)量R=3~5。本實驗流量45L/h,水力停留時間1.49h;攪拌葉輪轉(zhuǎn)速45r/min,第1絮凝室內(nèi)泥漿沉降比控制在10%~15%左右。澄清池開始啟動時,直接干投加過量改性硅藻土,使池內(nèi)盡快形成懸浮層,投入正常運行。在系統(tǒng)穩(wěn)定后,調(diào)整改性硅藻土投藥量,按每天4個時段取進出水的平行水樣測相應(yīng)指標(biāo),計算平均值,從而獲得不同投藥量對COD、TP、氨氮和TN的去除效果,并進行分析。1.3儀器分析方法COD:重鉻酸鉀法;TP:鉬銨酸分光光度法;NH3-N:納氏試劑分光光度法;TN:過硫酸鉀紫外分光光度法;pH值:pH計測定;溫度:水溫計法。1.4實驗用水實驗用水為福州市某城市污水處理廠的二沉池出水,實驗期間水質(zhì)指標(biāo)如表1所示。2結(jié)果與分析2.1泥質(zhì)細度對污染物去除率的影響保持濃度穩(wěn)定且均勻分布的懸浮污泥層是保證澄清池處理效果的關(guān)鍵,實驗啟動時,采取一次性超量投加改性硅藻土的方法以加快實驗啟動進程。投入超量的改性硅藻土后,連續(xù)進水運行直至硅藻土懸浮層處于飽和狀態(tài),再按50mg/L藥量連續(xù)投加,并通過排泥控制第1絮凝室沉降比在10%~15%左右,取樣測定水質(zhì)指標(biāo)。啟動階段的結(jié)果如圖2所示。由圖2可知,啟動初期的COD、TP、TN和氨氮等去除率都較高,這反映了初始超量投加的改性硅藻土對污染物具有較強吸附能力。隨著系統(tǒng)運行,污泥層中改性硅藻土逐漸飽和,對各污染物的去除效果都呈現(xiàn)下降趨勢,到第5天(9月23日),COD、TP、TN和氨氮的去除率穩(wěn)定在52%、62%、23%和40%左右,實驗系統(tǒng)啟動完畢。啟動過程表明:超量投加改性硅藻土可以加快實驗啟動進程。2.2投資和使用對污染物去除的影響實驗系統(tǒng)穩(wěn)定后,按照改性硅藻土不同投加量,考察實驗系統(tǒng)的運行狀況,并分析投藥量對污染物去除效果的影響。實驗結(jié)果如圖3~圖6所示。2.2.1最佳投加量對cod去除率的影響由圖3可知,當(dāng)改性硅藻土投加量為10mg/L時,系統(tǒng)對COD去除率僅為28.6%,當(dāng)投加量增加到30mg/L時,COD去除率提高到45.8%,且出水COD濃度保持在9mg/L左右,而當(dāng)投加量從30mg/L增加到60mg/L時,COD去除率提高到53.2%,僅提高7.4%。結(jié)果表明,改性硅藻土投加量與COD去除率呈非線性的正相關(guān);改性硅藻土對溶解性COD的吸附能力有限,所以在不斷增加改性硅藻土投加量時COD去除率的上升幅度逐漸減少,最終趨于平穩(wěn)。2.2.2tp的去除效果由圖4可知,改性硅藻土對尾水中TP具有良好的去除效果,去除率都在44.6%以上。同時,尾水中TP的去除效果隨改性硅藻土投加量的增加呈上升的趨勢,投加量從10mg/L到30mg/L時,去除率由44.6%提高到62.9%,提高幅度較大,而在30~60mg/L,去除效果變化平緩,去除率僅提高7.3%。當(dāng)投藥量≥30mg/L時,TP去除率≥62.9%,出水TP≤0.45mg/L,達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的一級A標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)果表明:改性硅藻土對于TP去除至少包括硅藻土的吸附以及改性組分與磷酸鹽發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的雙重作用,故TP去除效果顯著;改性硅藻土投加量對TP去除率亦呈非線性的正相關(guān)性。2.2.3改性硅藻土的氨氮去除能力由圖5和圖6可知,改性硅藻土對TN、氨氮的去除率分別為18.6%~24.2%和26.7%~42.1%。從改性硅藻土投加量與TN、氨氮去除率的關(guān)系趨勢上看,氨氮去除率有較明顯的上升趨勢,而TN去除率總體呈上升趨勢,但稍有波動。結(jié)果表明:改性硅藻土對氨氮與TN的去除單純依靠其吸附作用,去除能力很有限,去除率較低;對于TN去除率出現(xiàn)的波動,可能是改性硅藻土對尾水TN中的NO-3和NO-2去除不穩(wěn)定所致。2.3改性硅藻土投加量的影響綜合圖3~圖6分析,在各個投藥量實驗中,TP的去除率最高,COD次之,氨氮去除率較低,TN的去除率最低;改性硅藻土投加量與COD、TP、TN和氨氮的去除率呈非線性的正相關(guān),故隨著改性硅藻土投加量增加,各污染物去除率的上升幅度逐漸減少,最終趨于平穩(wěn);分析不同投藥量的去除率變化幅度,投加量30mg/L為上升幅度變化的拐點,考慮經(jīng)濟性因素,實驗表明,30mg/L是改性硅藻土深度處理城市污水廠尾水的最佳投加量;在投藥量為30mg/L條件下,尾水的COD、TP、TN和氨氮的去除率分別為45.8%、62.9%、21.7%和36.8%,出水水質(zhì)可達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的一級A標(biāo)準(zhǔn)。2.4藥劑費用估算改性硅藻土對尾水深度處理的運行成本包括藥劑費與運行電費,其中根據(jù)機械加速澄清池經(jīng)驗數(shù)據(jù)運行電耗為0.01kWh左右,即電費僅0.5分/m3,因此藥劑費是最主要的。根據(jù)本研究中改性硅藻土藥劑組成,結(jié)合參考市場同類藥劑價格,實驗藥劑單價估為2500元/t,所以投藥量為30mg/L的藥劑費用為7.5分/m3。綜合其他因素,改性硅藻土對尾水深度處理的運行成本為0.08~0.10元/m3,在最佳投藥量30mg/L基礎(chǔ)上每增加10mg/L,運行成本將增加25%。3最佳投加量的確定(1)超量投加改性硅藻土可以加快實驗啟動進程。(2)改性硅藻土對尾水污染物去除效率以TP最高,COD次之,氨氮