高孔藻基凈水劑在深度處理污水工藝中的應(yīng)用研究

李建軍，閉偉寧，楊 勇，陳遠(yuǎn)光，謝寶龍，黃西平

(1. 南方錳業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，廣西 南寧 530022；2. 南方錳業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司大新錳礦分公司，廣西 崇左 532315；3. 自然資源部天津海水淡化與綜合利用研究所，天津 300192)

0 前 言

在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的今天，環(huán)保問(wèn)題，特別是污水處理已成為研究的熱點(diǎn)。由于實(shí)際的污水情況各不相同，針對(duì)不同的處理需求，如何選取合適的處理工藝以滿足更優(yōu)的排放標(biāo)準(zhǔn)是目前研究的難點(diǎn)[1-2]。

高孔藻基凈水劑由不導(dǎo)電的非晶體二氧化硅硅藻殼體和超導(dǎo)的硅藻納米微孔組成，可在硅藻表面形成不平衡電位和外墻電位。在使用時(shí)，將高孔藻基凈水劑按一定比例投入好氧池，高孔藻基凈水劑與污水充分混合后[3-6]，硅藻表面的不平衡電位能破壞污水中電離子圈，并中和懸浮離子的電性，促使水中的污染物快速物理絮凝、沉淀，同時(shí)利用硅藻具有的比表面積大、孔體積大和吸附力強(qiáng)等特點(diǎn)將超細(xì)微粒物質(zhì)吸附到硅藻表面，形成鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，瞬間下沉與水體分離[7-9]。高孔藻基凈水劑的作用機(jī)制主要有4個(gè)方面：物理絮凝作用、物理吸附作用、生物載體協(xié)同作用和污泥脫水作用[10-11]。

開發(fā)出了以天然礦物材料為基體的高孔藻基復(fù)合凈水劑，該凈水劑具有比表面積大、吸附性能強(qiáng)、安全無(wú)毒等特性。在深度處理階段投加高孔藻基復(fù)合凈水劑，可通過(guò)電位作用使生物污泥以高孔硅藻礦物為凝結(jié)核進(jìn)行聚集，形成大顆粒物質(zhì)，改善污泥的沉降效果。研究選取大新某企業(yè)廠區(qū)污水處理廠污水作為處理對(duì)象，應(yīng)用高孔藻基凈水劑優(yōu)化深度處理工藝使其出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到國(guó)家《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)且總體優(yōu)于現(xiàn)行工藝。

1 試驗(yàn)方法及過(guò)程

1.1 試驗(yàn)方法

將高孔藻基凈水劑植入污水處理廠的生化系統(tǒng)進(jìn)行強(qiáng)化處理。

1.2 試驗(yàn)過(guò)程

1.2.1 高孔藻基凈水劑植入流程

在污水廠選定一個(gè)正常獨(dú)立運(yùn)行的生產(chǎn)線(2號(hào)系統(tǒng))，先排出2號(hào)系統(tǒng)20%～30%的污泥量(需要說(shuō)明CAST池的容量或者污泥總量)，后將高孔藻基凈水劑配置成濃度為5%～7.5%的溶液，在CAST池預(yù)曝氣開始至曝氣結(jié)束期間均勻持續(xù)投加，使高孔藻基凈水劑能與現(xiàn)有活性污泥充分混合。

1.2.2 污水處理過(guò)程

首先在2號(hào)系統(tǒng)連續(xù)投加高孔藻基凈水劑16 d(1號(hào)系統(tǒng)為對(duì)照組)，共投加約2 t高孔藻基凈水劑，對(duì)生化系統(tǒng)的活性污泥進(jìn)行高孔藻基凈水劑活性污泥的改造，之后7 d以25 kg/d(1包)的劑量開始投加高孔藻基凈水劑，并檢測(cè)2號(hào)系統(tǒng)以及未添加任何凈水劑的1號(hào)系統(tǒng)(1號(hào)系統(tǒng)的處理狀況如何需要說(shuō)明)中的COD、TP、氨氮、總氮、SS、污泥濃度及SV30等指標(biāo)并進(jìn)行對(duì)比。

2 結(jié)果與討論

2.1 污泥濃度指標(biāo)

試驗(yàn)期間污泥濃度情況見圖1。

圖1 試驗(yàn)期間污泥濃度情況

從圖1數(shù)據(jù)經(jīng)線性擬合可以看出，隨著時(shí)間的推移，投加高孔藻基凈水劑的2號(hào)系統(tǒng)內(nèi)污泥濃度增長(zhǎng)速度明顯低于對(duì)照組1號(hào)系統(tǒng)(21日下午5點(diǎn)后排泥，后續(xù)污泥濃度會(huì)降低)。此外，2號(hào)系統(tǒng)的污泥濃度從6月14日的7 570 mg/L經(jīng)3 d迅速增長(zhǎng)至8 766 mg/L，漲幅達(dá)到1 200 mg/L，這證明投加高孔藻基凈水劑的生化池在抑制污泥增速方面成效顯著。

2.2 污水SV30統(tǒng)計(jì)指標(biāo)

試驗(yàn)期間SV30變化情況見圖2。

圖2 試驗(yàn)期間SV30變化情況

從圖2中數(shù)據(jù)經(jīng)線性擬合可以看出，隨著時(shí)間的推移，投加高孔藻基凈水劑的2號(hào)系統(tǒng)的SV30沉降效果要優(yōu)于未投加的對(duì)照組1號(hào)系統(tǒng)，且數(shù)值維持在較平衡水平，沉降比增速緩慢。

2.3 出水COD指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

試驗(yàn)期間出水COD變化情況見圖3。

圖3 試驗(yàn)期間出水COD變化情況

由圖3可知，投加高孔藻基凈水劑的2號(hào)系統(tǒng)總體COD指標(biāo)要優(yōu)于1號(hào)系統(tǒng)。

2.4 出水TP指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

試驗(yàn)期間出水TP變化情況見圖4。

圖4 試驗(yàn)期間出水TP變化情況

由圖4可知，投加高孔藻基凈水劑的2號(hào)系統(tǒng)總體COD指標(biāo)近似于1號(hào)系統(tǒng)。

2.5 出水氨氮指標(biāo)變化統(tǒng)計(jì)

試驗(yàn)期間出水氨氮變化情況見圖5。

圖5 試驗(yàn)期間出水氨氮變化情況

由圖5可知，投加高孔藻基凈水劑的2號(hào)系統(tǒng)總體氨氮指標(biāo)要優(yōu)于1號(hào)系統(tǒng)。且2號(hào)系統(tǒng)的氨氮指標(biāo)在后期均在0.5 mg/L以下。

2.6 出水TN指標(biāo)變化統(tǒng)計(jì)

試驗(yàn)期間出水TN變化情況見圖6。

圖6 試驗(yàn)期間出水TN變化情況

由圖6可知，投加高孔藻基凈水劑的2號(hào)系統(tǒng)總體TN指標(biāo)近似于1號(hào)系統(tǒng)。

2.7 污水處理綜合情況分析

1)前期順利完成對(duì)2號(hào)生化系統(tǒng)的活性污泥進(jìn)行了高孔藻基凈水劑活性污泥的改造。從6月13日開始1號(hào)、2號(hào)系統(tǒng)均未排泥，其間2號(hào)系統(tǒng)污水中污染物實(shí)際增長(zhǎng)了約2 100 mg/L，而1號(hào)系統(tǒng)增長(zhǎng)了約3 000 mg/L，污泥減量達(dá)到30%，污泥增長(zhǎng)速度明顯高于2號(hào)試驗(yàn)系統(tǒng)。

2)監(jiān)測(cè)1號(hào)、2號(hào)系統(tǒng)的SV30數(shù)據(jù)可知：1號(hào)系統(tǒng)的沉降比隨著時(shí)間的推移增速較快，而投加高孔藻基凈水劑的2號(hào)系統(tǒng)一般維持在初始時(shí)的50%左右，數(shù)值較為穩(wěn)定。

3)投加高孔藻基凈水劑的2號(hào)系統(tǒng)出水在TP、COD及氨氮指標(biāo)上總體要優(yōu)于1號(hào)系統(tǒng)出水。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)高孔藻基凈水劑投加量為3～5 mg/L時(shí)即對(duì)總磷具有良好去除效果，且出水效果接近一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)，可替代PAC使用。

3 結(jié) 論

1)植入高孔藻基凈水劑作為生物載體，改善活性污泥后，保持并提升了系統(tǒng)對(duì)部分污染物(如TP、COD及NH3-N)的去除效率。

2)采用高孔藻基凈水劑優(yōu)化污水凈化工藝，系統(tǒng)中的有機(jī)物在生化處理過(guò)程中消解的效率大于未植入前，污泥增長(zhǎng)速度明顯放緩，污泥產(chǎn)量預(yù)計(jì)減少5%～30%。

3)通過(guò)使用高孔藻基凈水劑，藥劑運(yùn)營(yíng)成本并未增加，且在保證出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)的同時(shí)可大量節(jié)省污泥處理費(fèi)用，技術(shù)性及經(jīng)濟(jì)性均可行。