改性硅藻土填料濾池處理污水處理廠尾水的中試研究

改性硅藻土填料濾池處理污水處理廠尾水的中試研究

0污水處理廠未完善工藝近年來，盡管新建了大量的污水處理廠，但大多數(shù)廢水處理廠不具備脫氮和去除磷的能力。以福州市為例,早幾年建成的污水處理廠在原工藝設(shè)計(jì)中均未考慮完善的脫氮除磷,導(dǎo)致出水中氨氮、總磷超標(biāo)排放。如果這些污水處理廠從工藝上進(jìn)行脫氮除磷的改造,需要增加大量構(gòu)筑物,增加占地面積和大量的運(yùn)行費(fèi)用,改造難度較大,投資高,成為困擾這些污水處理廠正常運(yùn)行和實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的難題之一。本文研究應(yīng)用改性硅藻土陶粒填料濾池,對(duì)污水處理廠排放的尾水進(jìn)行深度脫氮除磷處理,取得滿意的結(jié)果。1試驗(yàn)部分1.1硅藻土的改性改性硅藻土陶粒:硅藻土在廢水中的應(yīng)用研究,主要是利用硅藻土孔容大、孔徑大、比表面積大、吸附性強(qiáng)的性能,去除廢水中的離子、色度、CODCr、BOD5等。它的主要化學(xué)成分是無定性的SiO2,并含有少量的AlO、FeO、CaO和有機(jī)質(zhì)等。硅藻土的表面及孔內(nèi)表面分布有大量的硅羥基,這些硅羥基在水溶液中離解出H+,從而使硅藻土顆粒表現(xiàn)出一定的表面負(fù)電性。但城市生活污水或綜合廢水中的膠體顆粒大多是帶負(fù)電的,如用普通的硅藻土作為污水處理劑,只能起到壓縮雙電層的作用,而無法使膠體顆粒脫穩(wěn),處理效果不佳。所以對(duì)硅藻土進(jìn)行各種方式的改性,如采用鋁、鐵等帶正電荷的離子對(duì)其進(jìn)行表面改性,使其對(duì)帶負(fù)電的膠體顆粒也能脫穩(wěn)。改性硅藻土有巨大的比表面、強(qiáng)大的吸附性以及表面電性,使其在污水處理過程中,不但能去除顆粒態(tài)和膠體態(tài)的污染物質(zhì),還能有效地去除色度和以溶解態(tài)存在的氮、磷、金屬離子等污染物。同時(shí)由于硅藻土具有巨大數(shù)量的均勻小孔,預(yù)先對(duì)其進(jìn)行特種生物酶的固定化,可以強(qiáng)化其在廢水中的生化能力,大大提高污水處理能力。本試驗(yàn)所用的改性硅藻土是專利技術(shù)(CN2005/0200113.7),并用特殊方法將專用生物酶固定其中,其物理性能如下:體積密度?1~2mm為1.25g/cm2,?2~3mm為1.1~1.15g/cm2,?4~5mm為1~1.1g/cm2;內(nèi)部孔隙率≥0.09;外部孔隙率0.339~0.5;年沖洗磨損率3%~5%。試驗(yàn)污水來源于福州市某污水處理廠二沉池的出水。1.2裝置的動(dòng)力設(shè)備根據(jù)試驗(yàn)需要設(shè)計(jì)制作直徑300mm的圓形PVC填料濾池裝置,底層用隔板預(yù)留出水空間,其上由小到大依次鋪設(shè)不同粒徑的硅藻土陶粒。試驗(yàn)選取三種粒徑的硅藻土陶粒,分別為粗粒徑(?4~5mm),中粒徑(?2~3mm),細(xì)粒徑(?1~2mm)。用流量計(jì)控制進(jìn)水流量,污水從上層進(jìn)入裝置,盡量靠重力自然流由底層出水,試驗(yàn)中根據(jù)實(shí)際需要裝置輔助動(dòng)力設(shè)備。填料濾池示意見圖1。1.3試驗(yàn)裝置運(yùn)行工況根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康?設(shè)計(jì)不同填料粒徑、不同填料層高度、不同濾池直徑以及不同污水負(fù)荷進(jìn)行試驗(yàn)。裝置連續(xù)運(yùn)行5天,在出水口取樣進(jìn)行水質(zhì)污染物指標(biāo)分析。每組試驗(yàn)重復(fù)5次,計(jì)算平均值。2試驗(yàn)結(jié)果的分析與討論2.1水中污染物濃度取不同時(shí)段的福州某污水處理廠尾水,采用國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的分析方法進(jìn)行水質(zhì)分析。結(jié)果表明,試驗(yàn)進(jìn)水中CODCr為48~53mg/L,BOD5為8~18mg/L,NH3—N為9~15mg/L,TP為1.1~1.8mg/L。對(duì)照《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918—2002)一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn),尾水中CODCr和BOD5濃度均可達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)要求;氨氮濃度均超過標(biāo)準(zhǔn)(≤8mg/L),超標(biāo)倍數(shù)在1.1~1.9;總磷濃度也超過標(biāo)準(zhǔn)(≤1.0mg/L),超標(biāo)倍數(shù)在1.1~1.8。2.2陶粒去除氨氮的活性試驗(yàn)改性硅藻土具有未改性前硅藻土的吸附特性,而其吸附能力與其表面積相關(guān),粒徑小的比表面積大,粒徑大的比表面積小,因此粒徑是決定其物理化學(xué)吸附效果的重要因素。研究中選擇?1~2mm、?2~3mm和?4~5mm三種粒徑范圍的陶粒進(jìn)行尾水處理試驗(yàn)。試驗(yàn)條件如下:進(jìn)水流量30L/h,填料層高度60cm,填料濾池直徑30cm。進(jìn)水為某污水處理廠尾水,水質(zhì)同2.1。試驗(yàn)時(shí)間為連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行5天以上。陶粒濾池對(duì)氨氮和總磷的平均去除效果見圖2。試驗(yàn)結(jié)果表明,在一定水力負(fù)荷、填料層高度和填料濾池直徑條件下,陶粒粒徑越大,其對(duì)污水中的氨氮和總磷的吸附去除效果越差,?4~5mm陶粒對(duì)氨氮的處理效率比?1~2mm陶粒低15%,總磷的去除效率較之低17%,其原因主要是粒徑小,陶粒的比表面積相對(duì)較大,有利于氨氮、總磷等元素的吸附吸收。但填料層粒徑越小,污水水流速度越慢,處理量小,易造成填料濾池堵塞。2.3正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)為研究如何優(yōu)化多層填料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)了一組四因素三水平正交試驗(yàn),對(duì)三種粒徑填料層的厚度和濾池直徑進(jìn)行試驗(yàn)優(yōu)化,正交試驗(yàn)因素和水平見表1。選取處理后尾水中氨氮濃度為處理效果判定指標(biāo),正交試驗(yàn)結(jié)果見表2。極差R分析結(jié)果表明,多層填料結(jié)構(gòu)中,影響處理效率的最主要因素是濾池的直徑,其次是細(xì)填料的厚度,粗填料層厚度和中填料層厚度的影響相對(duì)較小。根據(jù)正交試驗(yàn)最優(yōu)方案的確定辦法,得到各種填料層厚度和濾池直徑的因素水平組合為:A2B3C3D3,即多層填料內(nèi)部結(jié)構(gòu)最優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)為:粗粒度填料層厚度20cm,中粒度填料層厚度10cm,細(xì)粒度填料層厚度30cm,濾池直徑30cm,即濾池直徑與填料層厚度比例為1∶2,粗、中、細(xì)填料層厚度比例取2∶1∶3。濾池直徑?jīng)Q定了填料濾池的過水面積和接觸面積,因此,濾池直徑提高意味著增加填料用料和比表面積,處理效果更佳。細(xì)填料比粗填料具有更大的比表面積和吸附能力,因此,細(xì)填料層厚度增加有利于提高吸附效率,達(dá)到去除污染物的效果。后續(xù)試驗(yàn)中,以上述優(yōu)化的填料濾池結(jié)構(gòu)及尺寸比例加工試驗(yàn)裝置,進(jìn)一步研究污水負(fù)荷對(duì)處理效果的影響。2.4不同重力負(fù)荷下硅藻土陶粒深度處理的影響分析2.4.1出水中氨氮濃度與污水流量相關(guān)性在不同進(jìn)水流量負(fù)荷條件下,考察進(jìn)水流量變化對(duì)改性硅藻土陶粒填料濾池深度去除城市污水處理廠尾水中氨氮效果的影響,試驗(yàn)結(jié)果見圖3。結(jié)果表明,出水中氨氮濃度與污水流量呈負(fù)相關(guān)性。流量從10L/h提高到30L/h,出水中氨氮濃度維持在0.5mg/L以下,氨氮去除率在94%以上;當(dāng)流量從30L/h提高到60L/h,由于水力負(fù)荷提高,硅藻土陶粒的對(duì)氨氮的吸附效果有所降低,出水濃度由0.57mg/L提高到1.56mg/L,氨氮去除率呈線性下降趨勢(shì),由94%降低到86%。2.4.2總磷及總磷去除情況在不同進(jìn)水流量負(fù)荷條件下,考察進(jìn)水流量變化對(duì)硅藻土陶粒濾池填料塔深度去除城市污水處理廠尾水中總磷效果的影響,試驗(yàn)結(jié)果見圖4。結(jié)果表明,出水中總磷濃度與污水流量有顯著的負(fù)相關(guān)性。流量從10L/h提高到40L/h,出水中總磷濃度維持在0.2mg/L以下,總磷去除率在90%以上;當(dāng)流量從40L/h提高到60L/h,由于水力負(fù)荷提高,硅藻土陶粒的對(duì)總磷的吸附效果顯著降低,出水濃度由0.16mg/L提高到0.4mg/L,總磷去除率呈下降趨勢(shì),由92%降低到72%。上述研究結(jié)果表明,水力負(fù)荷的提高不利于脫氮除磷過程,其原因是改性硅藻土脫氮除磷主要以物理化學(xué)吸附過程為主,在一定的吸附比表面條件下,其吸附能力是恒定的,水力負(fù)荷增加將加快硅藻土表面電荷吸附飽和平衡,降低了進(jìn)水中污染物的去除效果。3濾池填料塔設(shè)計(jì)及再生廢水回收處理效果(1)在一定水力負(fù)荷、填料層高度和填料塔直徑條件下,陶粒粒徑越大,對(duì)污水中的氨氮和總磷的吸附去除效果越差,?4~5mm陶粒比?1~2mm陶粒對(duì)氨氮的處理效率低15%,總磷的去除效果低17%。(2)采用正交試驗(yàn)方法對(duì)單塔多層填料內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,結(jié)果表明,在粗粒度填料層厚度20cm,中粒度填料層厚度10cm,細(xì)粒度填料層厚度30cm,濾池直徑30cm,即濾池直徑與填料層厚度比例為1∶2,粗、中、細(xì)填料層厚度比例取2∶1∶3條件下,單塔多層填料層結(jié)構(gòu)最為合理,對(duì)氨氮等污染物的去除效果最佳。并制作了裝置模型,可供硅藻土陶粒濾池填料塔設(shè)計(jì)參考。(3)濾池填料塔水力負(fù)荷對(duì)硅藻土陶粒凈化作用影響較大,水力負(fù)荷太高將降低硅藻土陶粒對(duì)氨氮、總磷的吸附去除效果。因此,控制合理水力負(fù)荷是優(yōu)化硅藻土陶粒濾池填料塔脫氮處理效果的關(guān)鍵。小試研究表明,將流量控制在40L/h可以保持較好處理能力。(4)硅藻土陶粒濾池填料塔對(duì)城市污水處理廠尾水中氨氮、總磷的深度處理效果較好,經(jīng)硅藻