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(hù)危機(jī)，對(duì)城市污水處理廠的廢水進(jìn)行深度處理和回用具有重要的現(xiàn)實(shí)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(xiàng)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(jìn)行提純或改性后再配置成硅藻土水處理劑,應(yīng)用時(shí),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(shí)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(bào)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(yàn)也不多,尤其在城鎮(zhèn)污水處理廠尾水的深度處理方面,國(guó)內(nèi)外相關(guān)的研究與應(yīng)用極少,罕見有相關(guān)的報(bào)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(jiǎn)便等特點(diǎn),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(duì)水質(zhì)適應(yīng)能力差、池深易厭氧產(chǎn)氣浮泥等缺點(diǎn),應(yīng)用受制約。而機(jī)械加速澄清池可克服水力澄清池的缺陷,而且通過機(jī)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(jī)會(huì),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(jī)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(duì)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(shí)驗(yàn)所用的機(jī)械加速澄清池裝置如圖1所示。裝置材質(zhì)為有機(jī)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(shí)驗(yàn)用水由進(jìn)水泵經(jīng)流量計(jì)控制進(jìn)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(jìn)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(shí),進(jìn)行排泥。1.2攪拌葉輪轉(zhuǎn)速機(jī)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(shí)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(shí)驗(yàn)流量45L/h,水力停留時(shí)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(dòng)時(shí),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(yùn)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(gè)時(shí)段取進(jìn)出水的平行水樣測(cè)相應(yīng)指標(biāo),計(jì)算平均值,從而獲得不同投藥量對(duì)COD、TP、氨氮和TN的去除效果,并進(jìn)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(jì)測(cè)定;溫度:水溫計(jì)法。1.4實(shí)驗(yàn)用水實(shí)驗(yàn)用水為福州市某城市污水處理廠的二沉池出水,實(shí)驗(yàn)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(xì)度對(duì)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(shí)驗(yàn)啟動(dòng)時(shí),采取一次性超量投加改性硅藻土的方法以加快實(shí)驗(yàn)啟動(dòng)進(jìn)程。投入超量的改性硅藻土后,連續(xù)進(jìn)水運(yùn)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(cè)定水質(zhì)指標(biāo)。啟動(dòng)階段的結(jié)果如圖2所示。由圖2可知,啟動(dòng)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(duì)污染物具有較強(qiáng)吸附能力。隨著系統(tǒng)運(yùn)行,污泥層中改性硅藻土逐漸飽和,對(duì)各污染物的去除效果都呈現(xiàn)下降趨勢(shì),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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)啟動(dòng)完畢。啟動(dòng)過程表明:超量投加改性硅藻土可以加快實(shí)驗(yàn)啟動(dòng)進(jìn)程。2.2投資和使用對(duì)污染物去除的影響實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)穩(wěn)定后,按照改性硅藻土不同投加量,考察實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況,并分析投藥量對(duì)污染物去除效果的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3~圖6所示。2.2.1最佳投加量對(duì)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(shí),系統(tǒng)對(duì)COD去除率僅為28.6%,當(dāng)投加量增加到30mg/L時(shí),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(shí),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(duì)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(shí)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(duì)尾水中TP具有良好的去除效果,去除率都在44.6%以上。同時(shí),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(shì),投加量從10mg/L到30mg/L時(shí),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(shí),TP去除率≥62.9%,出水TP≤0.45mg/L,達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)果表明:改性硅藻土對(duì)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(duì)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(duì)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(shì)上看,氨氮去除率有較明顯的上升趨勢(shì),而TN去除率總體呈上升趨勢(shì),但稍有波動(dòng)。結(jié)果表明:改性硅藻土對(duì)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(duì)于TN去除率出現(xiàn)的波動(dòng),可能是改性硅藻土對(duì)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(gè)投藥量實(shí)驗(yàn)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(diǎn),考慮經(jīng)濟(jì)性因素,實(shí)驗(yàn)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(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。2.4藥劑費(fèi)用估算改性硅藻土對(duì)尾水深度處理的運(yùn)行成本包括藥劑費(fèi)與運(yùn)行電費(fèi),其中根據(jù)機(jī)械加速澄清池經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)運(yùn)行電耗為0.01kWh左右,即電費(fèi)僅0.5分/m3,因此藥劑費(fèi)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(chǎng)同類藥劑價(jià)格,實(shí)驗(yàn)藥劑單價(jià)估為2500元/t,所以投藥量為30mg/L的藥劑費(fèi)用為7.5分/m3。綜合其他因素,改性硅藻土對(duì)尾水深度處理的運(yùn)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(yùn)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(shí)驗(yàn)啟動(dòng)進(jìn)程。(2)改性硅藻土對(duì)尾水污染物去除效率以TP最高,COD次之,氨氮