改性硅藻土处理污水处理厂尾水的研究

改性硅藻土处理污水处理厂尾水的研究

为了减少水环境，缓解水保护危机，对城市污水处理厂的废水进行深度处理和回用具有重要的现实意义。硅藻土污水处理技术是近20年发展的水处理技术,至今采用硅藻土污水处理技术的污水处理项目总量已超过5.0×105m3/d。为了提高处理效果,往往将硅藻土进行提纯或改性后再配置成硅藻土水处理剂,应用时,定量将硅藻土水处理剂投入污水中充分搅拌,利用处理剂的中和、絮凝、吸附和过滤等作用,实现污水处理和净化。作为新技术,其主要应用在治理工业废水或生产饮用水,已有较多的关于硅藻土处理含重金属离子废水、含氟废水、印染废水、造纸废水、垃圾渗滤液以及城镇污水等研究与应用的报道。目前,该技术用于城镇污水的处理仍处于初期的探索阶段,所积累的经验也不多,尤其在城镇污水处理厂尾水的深度处理方面,国内外相关的研究与应用极少,罕见有相关的报道。硅藻土污水处理技术原理是物化作用,通常采用的反应器有“絮凝反应+沉淀池”和澄清池,由于澄清池工艺成熟、构造紧凑、操作简便等特点,在硅藻土处理污水的研究与应用常被采用,其中以水力循环澄清池最早与最多。然而水力循环澄清池存在絮凝不充分、对水质适应能力差、池深易厌氧产气浮泥等缺点,应用受制约。而机械加速澄清池可克服水力澄清池的缺陷,而且通过机械搅拌增加了悬浮状态的活性泥渣层与加药的原水的颗粒碰撞机会,提高处理效率,故而成为硅藻土污水处理技术的反应器的最佳选择。本研究以机械加速澄清池为反应器,采用改性硅藻土处理城市污水处理厂尾水,着重考察改性硅藻土的投加量对尾水中COD、TP、TN和氨氮的去除效果的影响,以期为城市污水厂尾水的深度处理提供一定的参考和依据。1材料和方法1.1絮凝室实验所用的机械加速澄清池装置如图1所示。装置材质为有机玻璃,尺寸∅600mm×H310mm,总容积67L,其中第1絮凝室容积15.5L,第2絮凝室容积6.5L,分离室容积45L,3室比例2.4∶1∶6.9。实验用水由进水泵经流量计控制进入第1絮凝室,在叶轮搅拌下,迅速与加入的药剂、回流污泥完成混合,并随叶轮提升到第2絮凝室完成絮凝反应;然后经导流筒进入分离室完成泥水分离,上部清水由出水槽收集排出;分离沉降的泥浆从回流缝回到第1絮凝室。当泥浆沉降比>20%时,进行排泥。1.2搅拌叶轮转速机械加速澄清池的主要参数要求:分离室上升流速0.7~0.9mm/s,第2絮凝室流速40~60mm/s,总停留时间为1.2~1.5h,搅拌叶轮转速5~60r/min,回流循环量R=3~5。本实验流量45L/h,水力停留时间1.49h;搅拌叶轮转速45r/min,第1絮凝室内泥浆沉降比控制在10%~15%左右。澄清池开始启动时,直接干投加过量改性硅藻土,使池内尽快形成悬浮层,投入正常运行。在系统稳定后,调整改性硅藻土投药量,按每天4个时段取进出水的平行水样测相应指标,计算平均值,从而获得不同投药量对COD、TP、氨氮和TN的去除效果,并进行分析。1.3仪器分析方法COD:重铬酸钾法;TP:钼铵酸分光光度法;NH3-N:纳氏试剂分光光度法;TN:过硫酸钾紫外分光光度法;pH值:pH计测定;温度:水温计法。1.4实验用水实验用水为福州市某城市污水处理厂的二沉池出水,实验期间水质指标如表1所示。2结果与分析2.1泥质细度对污染物去除率的影响保持浓度稳定且均匀分布的悬浮污泥层是保证澄清池处理效果的关键,实验启动时,采取一次性超量投加改性硅藻土的方法以加快实验启动进程。投入超量的改性硅藻土后,连续进水运行直至硅藻土悬浮层处于饱和状态,再按50mg/L药量连续投加,并通过排泥控制第1絮凝室沉降比在10%~15%左右,取样测定水质指标。启动阶段的结果如图2所示。由图2可知,启动初期的COD、TP、TN和氨氮等去除率都较高,这反映了初始超量投加的改性硅藻土对污染物具有较强吸附能力。随着系统运行,污泥层中改性硅藻土逐渐饱和,对各污染物的去除效果都呈现下降趋势,到第5天(9月23日),COD、TP、TN和氨氮的去除率稳定在52%、62%、23%和40%左右,实验系统启动完毕。启动过程表明:超量投加改性硅藻土可以加快实验启动进程。2.2投资和使用对污染物去除的影响实验系统稳定后,按照改性硅藻土不同投加量,考察实验系统的运行状况,并分析投药量对污染物去除效果的影响。实验结果如图3~图6所示。2.2.1最佳投加量对cod去除率的影响由图3可知,当改性硅藻土投加量为10mg/L时,系统对COD去除率仅为28.6%,当投加量增加到30mg/L时,COD去除率提高到45.8%,且出水COD浓度保持在9mg/L左右,而当投加量从30mg/L增加到60mg/L时,COD去除率提高到53.2%,仅提高7.4%。结果表明,改性硅藻土投加量与COD去除率呈非线性的正相关;改性硅藻土对溶解性COD的吸附能力有限,所以在不断增加改性硅藻土投加量时COD去除率的上升幅度逐渐减少,最终趋于平稳。2.2.2tp的去除效果由图4可知,改性硅藻土对尾水中TP具有良好的去除效果,去除率都在44.6%以上。同时,尾水中TP的去除效果随改性硅藻土投加量的增加呈上升的趋势,投加量从10mg/L到30mg/L时,去除率由44.6%提高到62.9%,提高幅度较大,而在30~60mg/L,去除效果变化平缓,去除率仅提高7.3%。当投药量≥30mg/L时,TP去除率≥62.9%,出水TP≤0.45mg/L,达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》的一级A标准。结果表明:改性硅藻土对于TP去除至少包括硅藻土的吸附以及改性组分与磷酸盐发生化学反应的双重作用,故TP去除效果显著;改性硅藻土投加量对TP去除率亦呈非线性的正相关性。2.2.3改性硅藻土的氨氮去除能力由图5和图6可知,改性硅藻土对TN、氨氮的去除率分别为18.6%~24.2%和26.7%~42.1%。从改性硅藻土投加量与TN、氨氮去除率的关系趋势上看,氨氮去除率有较明显的上升趋势,而TN去除率总体呈上升趋势,但稍有波动。结果表明:改性硅藻土对氨氮与TN的去除单纯依靠其吸附作用,去除能力很有限,去除率较低;对于TN去除率出现的波动,可能是改性硅藻土对尾水TN中的NO-3和NO-2去除不稳定所致。2.3改性硅藻土投加量的影响综合图3~图6分析,在各个投药量实验中,TP的去除率最高,COD次之,氨氮去除率较低,TN的去除率最低;改性硅藻土投加量与COD、TP、TN和氨氮的去除率呈非线性的正相关,故随着改性硅藻土投加量增加,各污染物去除率的上升幅度逐渐减少,最终趋于平稳;分析不同投药量的去除率变化幅度,投加量30mg/L为上升幅度变化的拐点,考虑经济性因素,实验表明,30mg/L是改性硅藻土深度处理城市污水厂尾水的最佳投加量;在投药量为30mg/L条件下,尾水的COD、TP、TN和氨氮的去除率分别为45.8%、62.9%、21.7%和36.8%,出水水质可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》的一级A标准。2.4药剂费用估算改性硅藻土对尾水深度处理的运行成本包括药剂费与运行电费,其中根据机械加速澄清池经验数据运行电耗为0.01kWh左右,即电费仅0.5分/m3,因此药剂费是最主要的。根据本研究中改性硅藻土药剂组成,结合参考市场同类药剂价格,实验药剂单价估为2500元/t,所以投药量为30mg/L的药剂费用为7.5分/m3。综合其他因素,改性硅藻土对尾水深度处理的运行成本为0.08~0.10元/m3,在最佳投药量30mg/L基础上每增加10mg/L,运行成本将增加25%。3最佳投加量的确定(1)超量投加改性硅藻土可以加快实验启动进程。(2)改性硅藻土对尾水污染物去除效率以TP最高,COD次之,氨氮