（环境工程专业论文）混凝沉淀与曝气生物滤池联合处理选磷废水的研究.pdf

摘要 经济的发展离不开矿产资源的开发和利用，据统计，2 0 0 1 年矿业的总产值达 5 2 9 5 4 3x 1 0 8 元，占全国工业总产值的5 3 1 。与此同时，矿业产生的废水总排 放量占了工业废水总量的6 6 9 以上，矿业的发展为国民经济的腾飞作出巨大 贡献的同时，带来了严熏的环保问题。 我国的磷矿资源极其丰富，居世界第三位，其贮存量能保证约2 0 0 0 年的需 要。近年来，随着国家农业政策的调整及磷肥价格的上涨，磷矿资源的开发和利 用进入了一个飞速发展的时期，以p 。0 5 计，年产量已达九百多万吨。我国的磷矿 资源多属于贫质胶磷矿，选矿过程中不仅要求磨矿细度高，而且浮选药耗大，废 水中溶有残留的多种浮选药剂和固体颗粒悬浮物，是具有稳定性的多相分散体系， 其c o d 、总磷及固体颗粒物等污染物严重超出国家规定的排放标准。许多企业在 找不到合适的处理途径时，只好将大量废水直接排入水体之中，导致了附近水域 的严重污染。由于矿山企业一般建在郊区，周边农田较多，经常发生由于水污染 而引发的一系列健康问题和经济问题。 为解决这一矛盾，实现废水的循环利用，本论文着手研究混凝沉淀联合生物 膜法处理选磷废水的可行性。首先通过小型混凝沉淀实验寻找最佳的混凝剂并确 定其最佳用量，然后在扩大实验中进行曝气生物滤池的深度处理。在此之前，对 曝气生物滤池的挂膜条件、污水处理效果的影响因素及其降解基质的动力学模型 进行了比较系统的研究。预处理后的废水在最佳工况条件下进入曝气生物滤池进 行深度处理。出水不设沉淀池而直接排放，及时监测废水中各污染物的去除效果。 通过本文的实验研究可以得出如下结论- f e s 0 。对高碱性的选磷废水具有非 常显著的沉淀效果，在去除废水中c o d 。t p 、t s s 等污染物方面与a l 。( s 0 。) 。、 c a ( o h ) ：效果相当，但其用量最少，处理后的废水接近中性，可直接进入曝气生 物滤池进行深度处理；以酶促生物填料作为微生物的载体，武钢焦化厂二沉池回 流污泥作为接种污泥，采用上流式的运行方式及“闷曝法”可在1 3 天内挂膜成 功；废水的p h 值、水温、气水比、水力停留时间及废水水质等是影响曝气生物 滤池污水处理效果的重要因素，其较佳运行参数为：p h 值7 。8 ，气水比1 0 ：l ，水 力停留时间1 2 h ，一定的水温和滤床高度；当水力停留时间在1 5 h 以内时，c o d 的降解速度对c o d 浓度为一级反应，并建立了b a f 的基质降解动力学模型；混 凝法与曝气生物滤池联合处理工艺完全可以实现选磷废水的达标排放，出水水质 中c o d 。，、b o d ；、t p 、s s 浓度分别从3 7 5 6 m g l 、6 9 0 m g l 、9 8 6 。4 m g l 、11 2 4 8 m g l 降至1 0 8 m g l 、3 0 m g l 、0 1 l m g l 、1 0 2 m g l ，各项指标均优于国家一级排放 标准，为企业创造经济效益的同时，也创造了社会效益。 关键词：混凝沉淀法曝气生物滤池选磷废水 a b s t r a c t i ti s n e c e s s a r y t l l a tt h e d e v e l o p m e n ta n du t i l i z a t i o n o fm i n e r a lr e s o u r c e st o s o c i e t ye c o n o m y a ni n v e s t i g a t i o ns h o w e dt h a tt h et o t a lp r o d u c t i o nv a l u eo fm i n i n g i n d u s t r i e si n2 0 0 1w a s5 2 9 5 4 3 b i l l i o n ，w h i c ht o o ku p 5 31 p e r c e n t a g e o ft h e i n d u s t r i e s a tt h es a n l et i m e ，t h ew a s t e w a t e rc a m ef r o mm i n i n gi n d u s t r i e st o o ku p 6 6 9p e r c e n t a g eo ft h et o t a li n d u s t r i e s m i n i n gi n d u s t r ym a d eg r e a tc o n t r i b u t i o nt o c o u n t r y e c o n o m yo nt h eo n eh a n da n db r o u g h tv e r ys e r i o u se n v i r o n m e n t a lp r o b l e m o nt h eo t h e rh a n d p h o s p h o r i t er e s o u r c e sa r ea b u n d a n t i no u rc o u n t r ya n dh o l dt h et h i r dp l a c ei nt h e w o r l d ，t h er e s e r v ei se n o u g ht os u p p l yf o r2 0 0 0y e a r s d e m a n d i nr e c e n ty e a r s ，t h e a g r i c u l t u r ep o l i c yi sr e g u l a t e da n dt h ep r i c eo fp h o s p h o r o u so r e si sr i s i n gq u i c k l y , w h i c hl e a dt om o r ea n dm o r e p h o s p h o r i t er e s o u r c e sb e i n ge x p l o i t e d ，a s f a ra sp 2 0 5i s c o n c e r n e d ，t h ep r o d u c t i o nh a sr e a c h e d9 m t b e c a u s eo f t h et o w g r a d ea n dc o m p l i c a t e d s t r u c t u r eo f c e l l o p h a n e ，t h ep r o c e s so f f l o a t a t i o nn e e d sn o to n l yf i n ed e g r e ep a r t i c l e s b u ta l s oq u a n t i t yo f r e a g e n t ，s ot h ew a s t e w a t e ri n c l u d e sh i g hc o n c e n t r a t i o no fs sa n d c h e m i c a lr e a g e n t s ，w h i c hm a k e st h ew h o l ew a t e rb o d yas t e a d yc o l l i d es y s t e m f o r t h e s er e a s o n s ，t h ec o n c e n t r a t i o no fc o d ，t pa n ds se t ci sm u c hh i g h e rt h a nt h en a t i o n d i s c h a r g es t a n d a r d m a n ye n t e r p r i s e sh a st od i s c h a r g et h ew a s t e w a t e rb e f o r ei t w a s w e l lt r e a t e df o rl e s so ft e c h n o l o g i c a lr e s o r t w h i c hc a u s e ss e r i o u sp o l l u t i o nt ot h e w a t e ri nt h ev i e i n i t y , t h e r e f o r e ，as e r i e so ft r o u b l ec o n c e r n i n gh e a l t ha n de c o n o m y h a p p e n s t os o l v et h e s e p r o b l e m sa n dr e c y c l et h ew a s t e w a t e r , f e a s i b i l i t yo fc h e m i c a l s e d i m e n t a t i o nc o n n e c t e db i o f i l mt ot r e a tt h ep h o s p h o r i t ef l o t a t i o nw a s t e w a t e ri nt h e p a p e r i sd i s c u s s e d f i r s tw ef o u n dt h eo p t i m u mc o a g u l a n ta n dm a k es u r et h eo p t i m a l d o s a g ei ns m a l le x p e r i m e n t a n dt h e n ，al a r g ea m o u n to f w a s t e w a t e ri sp r e c i p i t a t e d w i t hc h e m i c a lc o a g u l a n tb e f o r et l l e ya r e s e c o n d a r i l yt r e a t e db yb i o l o g i c a la e r a t e d f l t e r , b e f o r et h i s ，t h ec o n d i t i o no fd e v e l o p m e n to fb i o f i l m ，t h ei n f l u e n c i n gf a c t o r st o t h et r e a t m e n te f f i c i e n c ya n dt h ed y n a m i cm o d e lo f b i o l o g i c a la e r a t e df i l t e rh a v eb e e n s t u d i e d i nt h e s e e x p e r i m e n t a lp r o c e s s e s ，t h e c o n c e n t r a t i o no fc o n t a m i n a n t sa r e i n s p e c t e d i nt i m e f r o mt h er e s e a r c ho ft h i se x p e r i m e n t ，s o m ec o n c l u s i o n sa r ed r e w ：f e s 0 4i sa h i g h e f f i c i e n tc o a g u l a n tt ot h ea l k a l i n ep h o s p h o r i t ef l o t a t i o nw a s t e w a t e r , t h ee f f e c tc a n c o m p a r e 、v i t l lt h ea 1 2 ( s 0 4 ) 3a n dc a ( o h ) 2i nr e m o v i n gt h ec o d 。，t pa n ds se tt h o u g hi t n e e d sl e s sq u a n t i t yo f d o s a g e ，w h a t sm o r e ，t h ee f f l u e n ti sn e u t r a li np h a n dc a nb e d i r e c t l yt r e a t e db yb i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r w h e nt h ee n z y m a t i cc a r r i e ri su s e da st h e f i l t e rb e d ，t h eb a c k s l u d g ef r o mt h es e c o n d a r ys e d i m e n t a t i o nt a n ko fc o k e - o v e np l a n ti s u s e da st h ei n o c u l a t i n gs l u d g et o g e t h e rw i mt h ew a yo fu p f l o wa n dc l o s e da e r a t i o na r e u s e d ，t h eb i o f i l mc a l lb ed e v e l o p e di n13d a y s t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w e dt h a t t h ew a s t e w a t e rq u a l i t y , t e m p e r a t u r e ，p h ，h r ta n dt h er a t i oo fa i rt ow a t e ra n de t ca r e t h ev e r yi m p o r t a n tf a c t o r st ot h ee f f i c i e n c yo fb a f , t h eo p t i m u m p a r a m e t e r s a r et h e s e ： t h ep hi s7 8 ，t h er a t i oo f a i rt ow a t e ri s1 0a n dt h eh r ti s1 2 h ，b e s i d e s ，ag i v e nw a t e r t e m p e r a t u r ea n df i l t e rh e i g h t a r en e c e s s a r y w h e nt h eh r ti sl e s st h a n15 h ，t h e b i o d e g r a d a b l ev e l o c i t yo f c o di sl i n e a rr e l a t i o n s h i pt ot h er e s i d u a lc o dc o n c e n t r a t i o n ， a n dt h e n ，t h ed y n a m i cm o d e li se s t a b l i s h e d a tt h el a s to ft h e e x p e r i m e n t ，t h e f e a s i b i l i t yo f s e d i m e n t a t i o na n db a fc o n n e c t e dt ot r e a tt h er e a lp h o s p h o r i t ef l o t a t i o n w a s t e w a t e ri st e s t i f i e d ，t h ec o n c e n t r a t i o no fc o d 。b o d 5 ，t pa n ds si sr e d u c e df r o m 3 7 5 6 m g l ，6 9 0 m g l ，9 8 6 4 m g l ，1 1 2 4 7 8 m g lt o1 0 8 m g l ，3 0 m l ，o 1l m g l a n d10 2 m g lr e s p e c t i v e l y , t h ee f f l u e n tq u a l i t yi ss u p e r i o rt ot h en a t i o nd i s c h a r g e s t a n d a r d ，s ot h eg o o de c o n o m i c a n ds o c i a lp e r f o r m a n c ea r ec r e a t e d k e yw o r d s ：s e d i m e n t a t i o n ，b i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r , p h o s p h o r i t ef l o t a t i o n w a s t e w a t e r 此页若属实。请申请人及导师签名。 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定， 即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学 校可以公布论文的全部内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生签名：缉导师签名：轻日期业 注：请将此声明装订在论文的目录前。 武汉理f 大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 国内外矿山废水污染现状 随着经济的迅速发展，人类对矿产资源的需求量日益增长，在矿产资源的开 发和利用过程中所产生的工业废水也随之增加。据统计，2 0 0 1 年矿产业的工业 总产值是5 2 9 5 4 3 x 1 0 8 元“。，占全国工业总产值的5 3 i 。与此同时，矿业产生 的废水及废中c o d 、重金属的总排放量分别占工业废水及废水中c o d 、重金属总 量的6 6 9 、2 7 6 和1 9 1 0 。2 0 0 0 年重点调查工业企业的污染数据还表明。 矿山行业的悬浮物排放量占总量的7 4 2 “1 。矿业的发展为国民经济的腾飞作出 巨大贡献的同时，带来了严重的环保问题。 矿山废水主要来自坑内排水和选矿厂排水，仅坑内排水一项，我国矿山每年 约排出废水3 0 亿盹选矿厂废水排放量也相当惊人，处理每吨原矿石的废水排 放量随选矿方法的不同有较大的区别，如浮选法产生的废水大约3 5 4 5 t ，浮 选一磁选法为6 9 t ，浮选一重选法为2 7 3 0 t ”1 。矿山废水分为酸性和碱性， 由于酸性废水含有高浓度的重金属和较低的p h 值，因而对环境危害十分显著。 我国的永平铜矿是多金属硫化物矿床，矿区酸性污水流量平均达4 0 0 0 t d ，造成 其附近交集河口以下5 k m 河段形成含大量重金属的酸性水，对生态环境带来了严 重后果。美国的雷色弗采矿公司的银湾铁燧石选矿厂，每天向萨伯雷湖倾卸尾矿 达6 7 k t ，造成了湖水酸化和金属污染“1 。据调查，美国水体中的酸有7 0 是来 自矿山排放的废水5 3 。在加拿大魁北克省约1 0 7 个报废矿山的鉴定中，2 1 个被列 为有害废料矿山，因为这些矿山排出酸性废水。1 9 9 3 年，加拿大矿物与能源技 术中心( c a n m e t ) 查明，产生酸性废水的矿山废料和尾矿至少有1 5 0 0 0 h m z ( 公顷) ， 其中4 5 0 0 h m 2 就在魁北克省，稳定这些废料的费用巨大，据c a n m e t 进行的一项研 究估计，在下一个2 0 年内有色金属矿山的复垦费用为3 0 亿加元。3 。在澳大利亚， 生产金属及其初级产品的大型矿山大约有2 6 4 座，大型煤矿1 2 1 座。这些矿山遍 布在澳大利亚全国各地，其中大部分矿山以露天开采为主，开采及加工过程对地 表水、地下水、空气等的严重污染破坏了生态平衡，有些甚至严重到不可逆转的 程度m 。 我国是资源大国，除了具有丰富的金属矿物之外，在非金属矿方面，煤矿储 量居世界第一位，磷矿居世界第三位，其贮存量能保证约2 0 0 0 年的需要“3 。近 年来，随着国家农业政策的调整及磷肥价格的上涨，磷矿资源的开发和利用进入 一个飞速发展的时期，以p r o 。计，年产量已达九百多万吨9 1 。由此而产生的磷矿 武汉理】二大学硕十学位论文 废水也大幅度的增长。以湖北省为例，矿山多且集中分布在宜昌、保康、荆襄、 神农架等长江上游水系的鄂西北地区，其矿山开发不仅影响本地区的环境，而且 影响到长江中下游广大地区“。在中国诸多河流已经富营养化“的今天，磷矿废 水的超标排放无疑会使这一形势更加严峻。 1 1 1 磷矿废水的来源与成分 1 1 1 1 磷矿废水的主要来源 磷矿资源一般为露天开采，在降雨量大时，可造成矿岩堆放场的积水和浸泡， 某些有害元素如磷、砷、镉、铀、氟等在雨水作用下部分溶出，以地表水和地下 水的形式污染矿山及其周围环境。尽管磷矿在开采的过程中会产生大量的废水， 但是选矿过程是排放废水的主要环节，这是因为在浮选磷矿的过程中要求磨矿细 度高，药耗大，需要大量的清水并产生大量工业废水。原成都科技大学磷复肥室 开发的弱酸脱镁工艺可使矿中m g o 含量降到0 5 以下，但该工艺每处理lt 磷 矿约产生4 t 废水“。矿肥的生产加工过程一般采用酸浸，排放的废水中含有大 量的金属污染物和磷等“。 1 1 1 2 磷矿废水的成分 磷矿废水因矿石组成成分差异及选矿过程所用药剂的不同，废水中所含的污 染物也有较大差异，一般来说，磷矿废水污染物主要包括以下几种。 ( 1 ) 有机污染物选磷废水中溶有残留的多种有机浮选药剂，主要是抑制剂和 捕收剂，可能还包括少量的起泡剂和消泡剂。抑制剂的种类“4 “3 主要包括s 。、 s p q 。淀粉、术质素磺酸钙等，s 。和s 。是含有苯环的高分子有机物，其选 矿效果处于国际领先地位，但是排放的尾矿水对农作物有毒害作用“，如今已基 本停产。捕收剂主要为脂肪酸皂，不同的是碳链的长短和饱和度，如含5 9 个 碳的石蜡氧化脂肪酸皂c 。和羟肟酸，以及含有较长碳链的棉子油、油酸钠“7 1 及 菜油脚“”等，其中油酸钠应用较多，它是含有两个不饱和度的1 8 烯烃经过皂化 后的产品。 ( 2 ) 无机污染物磷矿废水中的无机物污染物一般包括原矿石中的少量有毒有 害金属，如铜、铁、锰、铅等；少量的氟化物和硫化物以及选矿过程中加入的调 整剂和分散剂，如碳酸钠和水玻璃等。 ( 3 ) 悬浮固体物选矿废水一般含有2 5 5 0 的固体尾矿，磷矿在浮选时要 求粒度细，药耗大，产生的尾矿废水多星碱性，是具有一定稳定性的多相分散体 系“”，含有较高的悬浮物，有时s s 浓度高达1 5 0 0 0 o m g l 1 。 ( 4 ) 磷污染物磷矿废水中磷的含量很高，一般都超过了1 0 0 0 o m g l ，磷的存 在方式与废水的酸碱性密切相关，当p h 值在2 7 之间时，磷酸盐离子多以h 2 p o 。” 武汉理工大学硕十学侥论文 的形式存在，p h 在7 1 2 之间时，则以h p o 。和p 0 4 ”的形式存在。”。 1 1 2 磷矿废水危害 1 1 2 1 磷矿废水对水质的影响 一般而言，磷矿正浮选通常是在碱性条件下操作，废水的p h 、c o d b o d 。、 s s 、t p 等都大大超出了国家工业废水的排放标准。当废水的p h 值大于9 0 时， 直接排入水体会使其p h 值发生变化，抑制细菌和微生物的生长，妨碍水体自净， 破坏正常的生态循环，严重者还腐蚀船舶和水工建筑物；如果所用的抑制剂等是 含有苯环的化合物，则会在水中残存时间很长，且不易被自然界的微生物所降解， 对水体微生物极其有害；捕收剂主要是脂肪酸皂类表面活性剂，具有油性，不仅 会耗费水中的溶解氧，而且会阻隔空气进入水体，使水体缺氧恶化，发黑发臭： 浮选时加入了n a 2 c o ，等调整剂，与原矿中的c a ”，m g ”一起，使水质硬化：废水 中含有的f e 、a l 、c r 、p b 等金属会产生金属污染，使微生物中毒，影响水体的 正常功能：p 的过量排放，会加剧水体的富营养化。 1 1 2 2 磷矿废水对人体的影响 受自身经济的制约和员工环保意识薄弱的限制，我国磷矿企业大量废水没有 经过处理或只经过简单的处理就直接排入附近水体，造成附近水域的严重污染。 由于企业一般建在郊区，周边农田较多，农业用水中不可避免地带有部分有毒有 害物质，这些物质通过食物链进入人体，会引发备种疾病，增大非正常死亡的概 率”磷是我国大多数湖泊富营养化的限制因子，是城市水体富营养化的直接原因 。”。已有研究证明，在富营养浅水湖泊中新发现了磷化氢，它是种剧毒无色 无味的气体m 1 ，其毒害作用可能类似于c o 。 1 1 2 3 磷矿废水对处理工艺的影响 高碱性的磷矿废水含有较多的固体物，在处理过程中不仅会腐蚀设备，而且 产生大量沉淀污泥，产生二次污染，增大了能耗。此外，排水中过多的磷可能使 管道中生物过量繁殖而阻塞。 1 1 3 磷矿废水排放的国家标准 磷矿废水的排放执行国家g b 8 9 7 8 - 1 9 9 6 污水综合排放标准，标准中规定“”， 磷矿山的水重复利用率在9 0 o 以上，污染排放浓度不超过第二类污染物二级 标准中的最高允许排放浓度，具体数据如下表卜1 所示。 武汉理工大学硕士学位论文 表卜l 第二类污染物最高允许排放浓度 t a b l ei - lt h e h i g h e s t c o n c e n t r a t i o no f c o n t a m i n a t i o ni nt h ee f f l u e n t 指标p hc o d ，b o d 5s st p 单位 m g lm 以m g lm p j l 一级标准 6 9l o o3 01 0 00 5 二级标准 6 91 5 06 03 0 01 o 由于磷矿废水属于点污染，因此，严格控制各企业废水达标排放，对缓解我 国的水污染现状有着重要意义。 1 2 磷矿废水的处理方法 选磷废水是具有一定稳定性的多相分散体系，尾矿水在尾矿库中长期静置亦 不能使污染物浓度明显减小，只有个别污染物浓度有微小下降，如锰、总磷和铅， 而c o d 、铁等污染物浓度还会上升啪3 。因此，尾矿水外泄亦需进行处理，不能直 接排放。 现阶段磷矿废水的处理方法有如下几种。 1 2 1 化学沉淀法 ( 1 ) 酸碱中和法磷矿废水p h 在9 0 以上，矿泥高度分散，比较稳定，加入酸 性物质进行中和处理，破坏废水中胶体粒子的电荷平衡，让胶粒互相靠近聚集沉 降。本着“以废治废”的目的，可以在废水中加入硫酸生产废水、磷石膏渣厂回 水或成品硫酸“”。中和法可去除废水中大部分的悬浮物，为后续处理提供条件， 对企业来说是一个经济易行的方法。 ( 2 ) 混凝沉淀法在废水中加入无机絮凝荆如铁盐、亚铁盐、铝盐及其聚合物， 无机混凝剂在破坏废水中胶体稳定性的同时，会形成相应的氢氧化物沉淀，或者 与废水中的离子发生化学反应生成不溶物从废水中分离出来：在废水中加入有机 絮凝剂如p a m 等，利用它们的吸附架桥作用使废水中的悬浮物聚沉，使固体颗粒 与水体分离。 化学沉淀法可大大降低废水中的污染物，但常伴有大量的沉淀污泥，易产生 二次污染，但对磷矿废水而言，却是最经济有效的方法。 1 2 2 电化学法 ( 1 ) 普通电化学法( e c 法) 磷矿废水中的悬浮颗粒本身多具有半导体性质 4 武汉理i ：人学硕士学位论文 存在的表面吸附层具有一定的表面电位，利用平板电极通入外加电场，改变表面 吸附层的电荷离子浓度，降低了废水中颗粒的电位，加速了固体颗粒的沉降速 度，使悬浮的颗粒易于固液分离。3 。 ( 2 ) 电解浮上法( e f ) 其原理是根据铁、铝阳极在溶解过程生成氢氧化物，对 水中杂质、悬浮物、有机物等进行絮凝，且通直流电后，阳极产生氧，阴极产生 氢，形成大量气泡逸出，将絮凝物等夹带浮至水面而被去除，没有浮出水面的可 通过静沉法去除。阳极所产生的初生态氧，对温水中的c o d 、b o d 有较好的氧化 作用。 电化学法对于各污染指标的去除率可达9 0 0 以上1 ，但是设备制造困难， 电解过程会耗费大量的金属材料，投资比较大，难于实现工业化。 1 2 3 乳状液膜法 经过混凝沉淀后磷的含量可能仍然很高，这时可用液膜法去除多余的磷，其 机理是啪1 ：用胺和季胺盐作载体，p 0 4 ”从高浓度的膜相外侧，通过膜相的扩散迁 移，到达膜相内侧与内相界面，与内相中的c a c l ：溶液发生发应生成c a 。( p o 。) ：不 溶于膜相而稳定在膜内相中，在膜内外两侧p o 。3 一浓度差的推动下，p 0 , 3 一不断通过 膜表面吸附、渗透、扩散迁移至膜相内侧，从而达到分离去除磷的目的。 1 2 4 离子交换法 离子交换法主要用来去除废水中的m g ”和c a ”，将废水通过改性后的铵型 0 0 1 7 树脂，通过离子交换将废水中的大部分m 9 2 + 和c a 2 + 以镁盐和钙盐的形式 分离出来，并将含有p 。0 。、s 魄的余液返回磷酸系统。“ 由于磷矿废水极其复杂，离子交换树脂法的应用仅停留在实验室阶段，其工 业化的实现比较困难。 1 2 5 生物法 ( 1 ) 生物浸溶法罗杰斯和沃尔弗拉姆在研究中利用某些微生物分离菌能从矿 石中溶解磷酸盐的特点，选择了9 种活性较好的细菌对某磷酸盐矿石进行溶解研 究，通过定期更换细菌浸出液，可使该矿磷酸盐的溶解率大大提高。研究结果说 明，用活性细菌选别法从一些磷酸盐矿石中回收p 是完全可能的，从废水中吸附 p o ”是能实现的o “。利用人工变异的假单孢属短杆菌类降解湖北大峪口选矿尾水 中的有机抑制剂，去除率达9 0 0 以上。此工艺已用于王集磷矿尾水的处理。”1 。 ( 2 ) 生物膜法 由细菌的反硝化作用造成，使膜内p h 升高，导致磷从液相到 矿物相的转移。生物膜法用于废水的深度处理，在磷矿废水经过预处理之后，通 武汉理r 大学硕士学位论文 入预先已挂好生物膜的反应器中，同时曝气，利用填料及其表面微生物的生命活 动，将废水中大量的有机物、微量的金属离子和p o , ”等进行分解、吸附和转化 而去除。化工矿山设计院于1 9 9 1 年采用化学混凝法和生物接触氧化法联合处理 磷矿正一反浮选废水。“，取得了较好的效果，出水中的c o d 、b o d 、s s 、p 、p h 等 指标均达到国家排放标准。 1 3 曝气生物滤池去除污染物的原理及在水处理中的应用 曝气生物滤池( b i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r ，简称b a f ) 是在2 0 世纪7 0 年 代末8 0 年代初出现于欧洲的一种好氧生物膜法处理工艺。结合了给水处理中过 滤技术的先进经验，将接触氧化法与过滤法工艺有机的结合在一起。曝气生物滤 池因其占地面积小，出水质量高，不需设二沉池和污泥回流泵房，无污泥膨胀等 优点而广受关注，近年已得到较大的发展，在法国、英国、奥地利和澳大利亚等 国已有较成熟的技术和设备产品o ”。亚洲的韩国、日本，我国的台湾、大连都有 曝气生物滤池实际应用的例子”。 1 3 1 b a f 处理废水的基本原理 概括而言，b a f 处理污水的原理是反应器内填料上所附生物膜中微生物的氧 化分解作用，填料及生物膜的吸附阻留作用和沿水流方向形成的生物链分级捕食 作用以及生物膜内部微环境和厌氧段的反硝化作用。b a f 属于生物膜法的一种， 但它有着自己的特性，其最大的特点之一就是它设有反冲洗结构。在水处理过程 中，b a f 一般采用颗粒状填料，运行一段时间后填料空隙会被废水中的固体颗粒 物及产生的污泥所堵塞，这就需要对设备进行周期性的反冲洗，如果b a f 有机负 荷或悬浮物浓度等过高，则反冲洗频率加大。频繁的反冲洗使得填料上的生物膜 较薄，但活性相对较高，微生物处于对数增长阶段，代谢非常旺盛，可快速去除 废水中的有机污染物。与此同时，填料上微生物的绝对数量却并不少，虽然b a f 中单个填料上的生物量不多，但因填料具有较大的比表面积，单位体积填料上的 生物膜量依然较大。 图i - i 、卜2 分别为典型的曝气生物滤池的结构示意图及填料上好氧生物膜 结构示意图。 6 武汉理工大学硕士学位论文 图1 1 典型曝气生物滤池示意图 f i g 1 - 1t h es c h e m a t i cd i a g r a mo f t h et y p i c a lb a f 雠 蝴琳 一t 一十寸 一。有机物 图卜2 好氧生物膜的结构示意图 f i g 1 - 2t h e s c h e m eo f a e r o b i cb i o f i l m 1 3 2b a f 在废水处理中的应用 b a f 具有生物量大、生物膜更新快、抗冲击负荷强等特点。已经广泛应用在 饮用水的预处理及生活污水、纺织、染料、化工、啤酒、选矿等工业废水的深度 处理，对废水中的有机物、氨氮、磷和悬浮固体等都有较好的去除效果。 j 4 ：| j 妒呻， ， ， 流动水届 一 一附着水层一 ，l)一 ，；舟氧层一 _，十。瞬划厨上 武汉理【大学硕士学位论文 1 3 2 1 b a f 用于废水中有机物的处理 目前，全球范围内以b a f 为主体技术的污水处理厂已有几百座，其中大部分 用于生活污水的处理。2 0 0 2 年西班牙g r a n a d a 大学的f r a n c i s c oo s o r i o 和 e r n e s t oh o n t o r i a 教授运用聚乙烯球和陶粒两段b a f 进行生活污水的二级处理， 结果表明：在保持出水的b o d 。在2 0 m g l 以下时，b o d 。的负荷可以提升到 4 8 7 k g b o d 。m 3 - d 1 。韩国理工学院的w o n s e o kc h e n g 等人在b a f 中以沸石为填 料，利用沸石的吸附性及较大的比表面积，对纺织厂废水进行了二级处理，在运 行的7 个月时间内，当有机负荷在1 2 k g c o d 。，m - d 3 3k g c o o 。i r f 。d 之间变化时， c o d 。，的平均去除率为8 8 0 。在小型实验中，保持水力负荷在1 8 3 m 3 m 2 d ，此 时b o d ；的去除率高达9 9 o ，c o d 。，的去除率也达到了9 2 。0 o 。天津石化公司 乙烯厂污水所含污染物主要为环氧乙烷乙二醇的水溶物、聚乙烯聚丙烯塑料颗 粒和少量的油品，张世忠采用沉淀、隔油、纯氧曝气预处理联合b a f 深度处理。 b a f 中装填2 5 m m 页岩陶粒填料，实验处理结果如下表所示1 。 表1 - 2b a f 对乙烯废水中c o d 。，的去除效果 t a b l e1 - 2t h ec o d r e m o v a le f f e c to f b a ft oe t h y l e n ew a s t e w a t e r 浓度范围进水c o d 。，出水c o d c ，废水中c o d 。，的 ( m g l )( m g l )( g l )去除率( ) o 5 0 0 01 2 7 0 4 8 5 02 1 1 3 6 6 02 4 5 0 9 1 6 0 5 0 0 0 8 0 0 05 0 7 0 7 6 7 01 3 8 0 4 0 8 03 5 6 0 7 8 6 0 8 0 0 08 6 4 0 1 9 5 0 01 9 0 0 5 0 3 04 7 5 0 8 3 6 0 炼油厂加氢裂化、加氢精制和铂重整等装置所排废水排放量约7 0 t h ，酚类 污染物在1 0 0 0 1 6 0 0 m g l ，钟华文等人用粒径4 6m m 的轻质生物陶粒为填 料，用生活污泥代替生化污泥进行微生物培养，采用b a f 对此种废水进行了预处 理，取得了很好的效果：当进水酚的浓度不大于1 6 0 o m g l ，c o d 的浓度不大于 8 0 0 o m g l 的条件下，水力停留时间仪需2 o h ，经过b a f 的处理，出水中酚和 c o d 的浓度分另t l d , 于8 5 m g l 和1 4 0 o m g l ，酚的平均去除率达到9 3 0 ，c o d 的平均去除率达到7 3 0 “。 啤酒厂废水中含有的有机物成分复杂，主要污染物有淀粉、蛋白质、酵母菌 残体、酒化残渣、残余啤酒、少量酒精及洗涤用碱。废水的b o d c o d 约为0 6 ， 可生化性较好，但原水中c o d 的值为1 6 0 0 o m g l 2 0 0 0 0 m g l ，b o d 的值为 7 5 0 o m g l 1 0 0 0 o m g l 。针对废水的水质特点，郑俊和王晓焱提出了以下图卜3 联合工艺来处理啤酒废水中的有机物，取得了非常理想的效果“。 武汉理 人学硕士学位论文 图l 一3 啤酒废水处理的简易流程图 f i g 1 - 3t h e f l o wd i a g r a mo f t r e a t m e n tt ot h eb e e rw a s t e w a t e r 原废水经水解酸化后，c o d 、b o d 的去除率大约为3 7 5 5 0 0 ，浓度分 别降至1 0 0 0 0 m g l 和6 0 0 o m g l 以下，经b a f 处理后，平均出水水质b o d 保持 在2 5 0 m g l 以下，c o d 保持在8 5 o m g l 左右，达到了污水综合排放标准( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 一级标准。 1 3 2 2b a f 用于废水中氨氮的处理 b a f 的主要功能之一就是去除废水中的氨氮。根据b a f 的不同处理功能，可 以将b a f 划分为：同时去除c o d 和氮化合物( 主要是n 心+ 一n ) 的单级b a f 系统； 分别去除c o d 和氮化合物( n h + _ n ) 的两级b a f 系统：去除c o d 和脱氮的两级 b a f 系统；去除c o d 、氮和除磷的b a f 组合系统“”。各流程简要示意图如下所 示。 图1 - 4 同时去除c 0 1 ) 和n l t _ n 的单级b a f 系统流程图 f i g i - 4t h e f l o wd i a g r a m o f s i n g l es t a g eb a f t or e m o v ec o da n dn h ( + - n 图i - 5 分别去除c o d 和n h f - n 的两级b a f 系统流程图 f i g 1 - 5 t h e f l o w d i a g r a m o f d o u b l e s t a g e b a f t or e m o v e c o da n dn h 4 + - nr e s p e c t i v e l y 9 武汉理：大学硕士学位论文 回流水n 0 3 - 一n 废 图卜6 去除c o d 和脱氨的两级b a f 系统流程图 f i g 1 - 6t h e f l o wd i a g r a m o f d o u b l e - s t a g eb a f t or e m o v ec o da n dn 图1 - 7 去除c o d 和氮磷的b a f 组合系统流程图 f i g i - 7t h e f l o wd i a g r a mo f u n i t e db a ft or e m o v ec o da n dna n dp 当进水有机负荷和氮化合物较低时，可采用单级b a f 系统，在一个池子中实 现碳污染物的去除和氮的硝化反应。清华大学的李汝琪等人以单级8 a f 系统处理 校园生活污水，进水n h 4 * - n 平均浓度为2 0 0 8 m g l ，出水浓度为2 8 5 m g l ，总去 除率为8 5 8 1 m 1 。美国学者k r g i l m o r e 等人在研究曝气生物滤池处理城市污 水时发现，当第二段b a f 中的氨氮负荷小于0 6 k g n h 4 * - n m 3 d 时，氨氮的去除率 接近1 0 0 0 “。国内技术人员在炼油污水的深度处理“”、医疗废水的二级处理 1 及染料废水的深度处理”中运用单级b a f 系统去除有机物和氨氮，均取得了较 好的效果，氨氮的去除率超过了7 0 o 。 由于单级系统同时去除有机物和氮化合物，就存在异养菌和自养菌对空间和 氧气的争夺，所以，当进水有机物负荷和氮化合物浓度较高时，难以在单级b a f 系统中实现氮化合物的有效去除，这时就需要用到b a f 的两级处理系统。2 0 0 2 年我国大连市建立的第一座b a f 生物滤池污水处理厂，核心工艺如图1 - 5 所示， 处理后一段( 除c 段) b a f 的出水氨氮浓度从4 0 0 m g l 降至2 1 0 m g l ，去除率为 4 7 5 ，二