改性硅藻土的多級(jí)A／O工藝除磷優(yōu)化及尾水深度除磷

馬翠，何爭(zhēng)光，張碧晰

（鄭州大學(xué) 水利與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州450001）

水體中的氮磷是微生物的營(yíng)養(yǎng)源，大量的含磷廢水排入水體，引起水體富營(yíng)養(yǎng)化，最終導(dǎo)致水體出現(xiàn)水華和赤潮現(xiàn)象［1］.目前，常用的除磷工藝有化學(xué)沉淀法、生物法、吸附法等.其中化學(xué)沉淀法產(chǎn)生大量難于脫水污泥，生物法除磷通常出水水質(zhì)不穩(wěn)定.吸附法具有較快吸附速度及較強(qiáng)抗干擾能力，成為近年來(lái)研究的熱點(diǎn)［2］.吸附法主要是利用具有大比表面積的吸附材料進(jìn)行磷的快速吸附.硅藻土就是具有特殊的微孔結(jié)構(gòu)和較大的比表面，表面通常帶負(fù)電荷［3］.加入適量的金屬陽(yáng)離子制成改性的硅藻土，將其定量投加到污水中后，通過(guò)脫穩(wěn)絮凝、物理吸附、沉淀反應(yīng)等，有效去除廢水中的磷［4］.本文將改性之后的硅藻土應(yīng)用于多級(jí)A／O工藝，探討除磷效果，為生產(chǎn)實(shí)踐提供幫助.

1 硅藻土的改性

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

采用多級(jí)A／O工藝的試驗(yàn)裝置，如圖1所示.圖1中：A為缺氧區(qū)；O為好氧區(qū)；Q為液體流量計(jì)；A／O工藝為4級(jí)，每級(jí)均有缺氧段和好氧段連接組成，其容積比為2∶3.運(yùn)行參數(shù)各級(jí)進(jìn)水流量均相同，總進(jìn)水流量為144L·d－1；水溫為20℃左右（用恒溫加熱器控制）；水力停留時(shí)間平均為12h；污泥回流比定為50%；多級(jí)A／O工藝的反應(yīng)器中污泥質(zhì)量濃度為3.3g·L－1左右.

圖1 多級(jí)A／O工藝裝置示意圖Fig.1 Schematic diagram of multistage A／O process

機(jī)械攪拌澄清池的試驗(yàn)裝置，如圖2所示.圖2中：A為第一絮凝室；B為第二絮凝室；C為導(dǎo)流室；D分離室.

圖2 機(jī)械攪拌澄清池的裝置示意圖Fig.2 Schematic diagram of mechanical clarifier

1.2 試驗(yàn)方法及步驟

采用氯化鐵、PAC對(duì)硅藻土（天津光復(fù)試劑廠）改性，通過(guò)最終除磷效果確定最佳投配比及最佳實(shí)驗(yàn)工況.

1）取硅藻土原土和濃鹽酸（pH＝0.1）按1∶6的固液比混合并攪拌12h，用蒸餾水沖洗至中性，110℃下干燥2h，研磨過(guò)100目分目篩，得酸洗硅藻土.

2）采用表面結(jié)構(gòu)法對(duì)硅藻土進(jìn)行改性.用磷酸二氫鉀水溶液調(diào)配模擬含磷污水，pH值為中性，反應(yīng)時(shí)間30min，溫度為室溫，沉淀時(shí)間45min，投加量為0.1mg·L－1.取不同投加量的氯化鐵、PAC及酸洗硅藻土進(jìn)行復(fù)配，分別測(cè)其對(duì)磷的去除率，以確定最佳復(fù)配比［5］.

2 多級(jí)A／O出水的除磷效果

2.1 曝氣量對(duì)除磷效果的影響

在保證化學(xué)需氧量（chemical oxygen demand，COD）和氨氮去除效果的前提下，在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)曝氣量，研究其對(duì)除磷效果的影響［6］.在反應(yīng)器運(yùn)行過(guò)程中，維持進(jìn)水COD值約為310mg·L－1，總氮約為80mg·L－1，總磷約為5.2mg·L－1，進(jìn)水m（C）／m（N）約為3.8，是低碳氮比污水［7］.本次試驗(yàn)選取的曝氣量分別為0.7，0.5，0.3m3·h－1［6，8］，不同曝氣量條件下穩(wěn)定運(yùn)行15d，研究其對(duì)總磷去除效果的影響，結(jié)果如圖3所示.

圖3 不同曝氣量下的總磷去除效果Fig.3 Total phosphorus removal under different aeration rates

從圖3可以知道：進(jìn)水總磷質(zhì)量濃度為4.32～6.11mg·L－1，出水總磷質(zhì)量濃度為2.33～3.97 mg·L－1，曝氣量為0.7，0.5，0.3m3·h－1時(shí)的平均除磷率分別為32.67%，38.37%，44.88%；隨著曝氣量的降低，除磷率略有上升，但整體來(lái)說(shuō)總磷的去除率不高.

2.2 m（C）／m（N）對(duì)除磷效果的影響

在保證COD和氨氮去除效果前提下，一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)m（C）／m（N），研究其對(duì)除磷效果的影響.在反應(yīng)器運(yùn)行過(guò)程中，將曝氣量調(diào)整為0.6m3·h－1，維持氨氮約為70mg·L－1，總磷約為5.2mg·L－1，通過(guò)改變淀粉的投加量來(lái)控制COD濃度，進(jìn)而達(dá)到調(diào)節(jié)m（C）／m（N）的目的［9］.本次試驗(yàn)調(diào)節(jié)m（C）／m（N）分別為3，4，6，8，不同m（C）／m（N）下穩(wěn)定運(yùn)行15d，研究其對(duì)總磷去除效果的影響結(jié)果，如圖4所示.

圖4 不同m（C）／m（N）下的總磷去除效果Fig.4 Total phosphorus removal under different m（C）／m（N）ratios

由圖4可知：隨著m（C）／m（N）的增大，除磷率穩(wěn)定上升，但在最高除磷率的情況下，出水總磷的平均質(zhì)量濃度為1.55mg·L－1，達(dá)不到一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)，因而通過(guò)深度處理來(lái)去除生化出水中的磷是十分有必要的.

3 對(duì)多級(jí)A／O出水的深度處理

3.1 投加量對(duì)尾水的影響

本試驗(yàn)選取投加量分別為100，200，300，400，500，600mg·L－1，進(jìn)水流量為30L·h－1，攪拌速度為12r·min－1時(shí)，研究機(jī)械攪拌澄清池對(duì)多級(jí)A／O工藝二沉池出水的處理效果，每種投加量下穩(wěn)定運(yùn)行7d，總磷的去除效果，如圖5所示.

圖5 不同投加量下尾水中總磷的去除效果Fig.5 Removal efficiency of total phosphorus from tail water at different dosages

由圖5可知：隨著投藥量的不斷增加，機(jī)械攪拌澄清池對(duì)多級(jí)A／O工藝二沉池出水中總磷的去除率一直在升高；在投加量為500mg·L－1時(shí)，出水磷的平均值為0.46mg·L－1，已達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn).

3.2 停留時(shí)間對(duì)尾水的去除影響

停留時(shí)間的大小決定了尾水在機(jī)械攪拌澄清池中的停留時(shí)間的長(zhǎng)短，因而是重要的參數(shù)之一［10］.試驗(yàn)選取停留時(shí)間分別為1.0，1.5，2.0，2.5h，改性硅藻土的投加量均為500mg·L－1，攪拌速度均為12r·min－1，研究機(jī)械攪拌澄清池對(duì)多級(jí)A／O工藝二沉池出水的處理效果，每種停留時(shí)間下穩(wěn)定運(yùn)行7d，其對(duì)總磷的去除效果，如圖6所示.

由圖6可知：隨著停留時(shí)間的增大，機(jī)械攪拌澄清池對(duì)多級(jí)A／O工藝二沉池出水中總磷的去除率不斷升高，但升高的趨勢(shì)在逐漸減緩，在停留時(shí)間為1.5h時(shí)，出水磷已達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn).

3.3 攪拌轉(zhuǎn)速對(duì)尾水的去除影響

機(jī)械攪拌速度是改性硅藻土混凝反應(yīng)的強(qiáng)度和裝置內(nèi)泥渣循環(huán)量的直接反映，是裝置的另一個(gè)重要的參數(shù)［11］.試驗(yàn)選取攪拌轉(zhuǎn)速分別為10，12，15r·min－1，改性硅藻土的投加量均為500mg·L－1，停留時(shí)間均為1.5h，研究機(jī)械攪拌澄清池對(duì)多級(jí)A／O工藝二沉池出水的處理效果，不同攪拌轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)行7d，其對(duì)總磷的去除效果，如圖7所示.

圖6 不同停留時(shí)間下尾水中總磷的去除效果Fig.6 Removal efficiency of total phosphorus from tail water at different hydraulic retention times

圖7 不同攪拌轉(zhuǎn)速下尾水中總磷的去除效果Fig.7 Removal efficiency of total phosphorus from tail water at different speeds of stirring

由圖7可知：攪拌轉(zhuǎn)速對(duì)裝置處理多級(jí)A／O工藝二沉池出水的總磷去除率的影響較大，過(guò)大或過(guò)小，都會(huì)影響除磷效果；在機(jī)械攪拌轉(zhuǎn)速（v）為12r·min－1時(shí)，除磷率相對(duì)較高.

3.4 經(jīng)濟(jì)分析

對(duì)于污水處理，改性硅藻土藥劑投加量一般為50mg·L－1，市場(chǎng)價(jià)格為2 000元·t－1，折合成單位污水處理的藥劑費(fèi)用為0.1元·t－1；鐵鹽藥劑投加量一般為60mg·L－1，市場(chǎng)價(jià)格為2 400元·t－1，折合成單位污水處理的藥劑費(fèi)用為0.14元·t－1；PAM藥劑的投加量一般為10mg·L－1，市場(chǎng)價(jià)格為24 000元·t－1，折合成單位污水處理的藥劑費(fèi)用為0.24元·t－1［12］.

由此可以看出：改性硅藻土較為經(jīng)濟(jì)；而且采用改性硅藻土最終產(chǎn)生的污泥與另外藥劑產(chǎn)生的污泥相比，脫水性能較好，從而節(jié)省了污泥的處理費(fèi)用；處理之后含有硅藻土的污泥也可易回收利用，前景廣闊.

4 結(jié)論

1）試驗(yàn)選取的曝氣量為0.7，0.5，0.3m3·h－1，研究不同曝氣量對(duì)總磷去除效果的影響，進(jìn)水總磷質(zhì)量濃度為4.30～6.11mg·L－1，出水總磷質(zhì)量濃度為2.33～3.97mg·L－1.隨著曝氣量的降低，除磷率略有上升，但總的說(shuō)來(lái)總磷的去除率較低.

2）試驗(yàn)調(diào)節(jié)m（C）／m（N）分別為3，4，6，8，隨著m（C）／m（N）的增大，除磷率穩(wěn)定上升，但在最高除磷率的情況下，出水總磷的平均質(zhì)量濃度為1.55mg·L－1，不能達(dá)標(biāo)排放，因此，通過(guò)深度處理是十分有必要的.

3）采用機(jī)械攪拌澄清池，深度處理尾水時(shí)，改性硅藻土的投加量、進(jìn)水流量、攪拌轉(zhuǎn)速都會(huì)影響裝置的去除效果.在兼顧經(jīng)濟(jì)的原則下，在投加量為500mg·L－1，停留時(shí)間為1.5h，機(jī)械攪拌轉(zhuǎn)速為12 r·min－1時(shí)為最佳工況.此時(shí)，對(duì)總磷的去除率分別為79.06%，出水總磷小于0.5mg·L－1，達(dá)到了一級(jí)A的排放標(biāo)準(zhǔn).

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