離子型稀土礦山氨氮廢水處理方法探索性中試研究

歐陽(yáng)慧，唐谷修

（五礦稀土江華有限公司，湖南 永州 425500）

稀土礦山氨氮廢水的處理主要有化學(xué)沉淀法、吹脫法、折點(diǎn)氯化法、膜分離法、生化法等方法［1］。化學(xué)沉淀法俗稱鳥(niǎo)糞石法，它對(duì)氨氮的去除效果差、處理成本高，產(chǎn)生大量剩余污泥，投加藥劑引入的氯離子會(huì)造成二次污染。吹脫法操作簡(jiǎn)單，易于控制，但吹脫出來(lái)的氨氮會(huì)形成二次污染。折點(diǎn)氯化法效果穩(wěn)定、反應(yīng)速度快，對(duì)水體起到殺菌消毒的作用，但成本高，產(chǎn)生的氯氣或氯離子會(huì)造成二次污染。膜處理操作簡(jiǎn)便、處理效果穩(wěn)定，但易結(jié)垢堵塞，反洗頻繁，且換膜成本高。生化法處理氨氮廢水，操作簡(jiǎn)單、成本較低，不產(chǎn)生二次污染。但微生物受溫度影響，溫度低時(shí)，處理效率低。受金屬離子、稀土離子的影響，對(duì)微生物有壓制作用，所以在生物法之前進(jìn)行預(yù)處理，減少其干擾因素。

在當(dāng)今化工原料價(jià)格上漲的市場(chǎng)行情下，生化法處理工藝實(shí)現(xiàn)了處理效果好且無(wú)二次污染。

1 原理及過(guò)程

1.1 原理及處理流程

生化法處理原理是，首先通過(guò)調(diào)整pH值，去除礦山尾水中雜質(zhì)元素。生化法是在微生物作用下，經(jīng)過(guò)硝化和反硝化反應(yīng)將廢水的氨氮轉(zhuǎn)化成氮?dú)?，達(dá)到廢水治理的目的。處理流程如圖1所示。

圖1 廢水處理流程

通過(guò)去除水中少量金屬離子，沉降并回收稀土。對(duì)低C／N比氨氮廢水，通過(guò)不同的溫度下、投加不同的碳源、調(diào)節(jié)pH值，研究微生物的最佳降解能力，預(yù)防污泥老化，達(dá)到低成本有效去除氨氮的目的。

1.2 主要原料

1.低濃度氨氮廢水，其成分化驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 廢水成分化驗(yàn)結(jié)果

2.葡萄糖、乙酸鈉、片堿、純堿，均為25 kg／包，工業(yè)純。

3.高分子陽(yáng)離子絮凝劑，分子量≥1 200萬(wàn)。

1.3 主要儀器、設(shè)備

1.推進(jìn)式槳葉攪拌機(jī)，D＝1 500 mm，N＝5.5 kW。

2.pH調(diào)整池，規(guī)格：18方，數(shù)量1個(gè)。

3.便攜式pH計(jì)，規(guī)格：雷磁PHB-4，數(shù)量1個(gè)。

4.哈希便攜式分光光度計(jì)，規(guī)格：DR1900。

5.哈希消解器，規(guī)格：DRB200，數(shù)量1個(gè)。

6.生化反應(yīng)池，規(guī)格：380方，數(shù)量1個(gè)。

7.斜板沉降池，規(guī)格：材質(zhì)PP，孔徑80 mm。

8.疊螺脫水機(jī)，規(guī)格：Q＝5～8 m3／h，N＝1.5 kW，數(shù)量1臺(tái)。

9.恒溫鼓風(fēng)干燥箱，規(guī)格：101-3S，功率3 kW，精度±1℃，1臺(tái)。

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 最佳pH的選定

廢水中片堿的加入量與廢水的酸度有關(guān)，廢水pH值越低，所消耗的片堿越多。廢水中的主要雜質(zhì)氧化稀土、三氧化二鋁和鐵的去除程度與廢水的pH值有緊密聯(lián)系。試驗(yàn)溫度為常溫，時(shí)間為30 min，緩慢加入20%的片堿溶液，1‰的PAM絮凝劑，充分?jǐn)嚢韬?，?jīng)初沉池進(jìn)行斜板沉降。不同的pH值條件下，氧化稀土、三氧化二鋁和鐵含量沉降效果如圖2所示。從圖2可知，隨著pH值的增高，氧化稀土、金屬雜質(zhì)三氧化二鋁和鐵的含量明顯降低。溶液中生成白色的沉淀物，主要是稀土離子和鋁離子的絮凝沉淀物。當(dāng)pH值為8時(shí)，氧化稀土、金屬雜質(zhì)三氧化二鋁和鐵低于3 mg／L。通過(guò)前端的預(yù)處理，稀土能得到有效回收，金屬雜質(zhì)同步去除，減少了水質(zhì)中的雜質(zhì)成分對(duì)后端生物化學(xué)反應(yīng)的干擾因素。

圖2 pH值變化對(duì)稀土和金屬雜質(zhì)的影響

2.2 溫度對(duì)生化處理的影響

生化系統(tǒng)按照間歇式CASS工藝運(yùn)行，溫度對(duì)生化處理起著至關(guān)重要的作用，溫度很大程度地影響活性污泥中的微生物活性程度，并且對(duì)諸如溶解氧、曝氣量等產(chǎn)生影響［2］。以中溫細(xì)菌為主，其最適溫度為20～37℃，低溫會(huì)使微生物的代謝活力降低，進(jìn)而處于生長(zhǎng)繁殖停止?fàn)顟B(tài)，但仍保存其生命力。

以葡萄糖為碳源，在pH值7.8的環(huán)境下，考察不同溫度下氨氮和總氮的去除效果，結(jié)果如圖3所示。從圖3可知，隨著溫度的升高，生化處理效果越好，氨氮和總氮濃度越低。

圖3 溫度變化對(duì)生化處理的影響

2.3 不同碳源的加入對(duì)生化處理的影響

SV30是指1 000 mL好氧池混合液靜置沉淀30 min產(chǎn)生的污泥量。好氧池SV30值的大小決定了好氧池污泥濃度的高低。污泥的泥齡一般為15 d左右，SV30太低，污泥中菌種生長(zhǎng)速度太慢，不利于污泥的更換，污泥老化，處理效果會(huì)降低。碳源配比對(duì)SV30的影響如圖4所示。從圖4可知，碳源配比對(duì)SV30影響較大。

圖4 碳源配比對(duì)SV30的影響

乙酸鈉作為單一碳源，SV30較低，污泥量少。葡萄糖作為單一碳源，SV30增長(zhǎng)快，菌種滋生較快，污泥量產(chǎn)生較多。選擇乙酸鈉和葡萄糖不同配比投加，控制好SV30在250 mL左右，定時(shí)排泥，保持污泥新老更換，盡量把污泥量降至最低，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，保持生化處理的效果。

碳源配比對(duì)氨氮、總氮的影響如圖5所示，從圖5可知，碳源的配比對(duì)氨氮和總氮的降解影響不大，投加碳源，氨氮和總氮降解率能達(dá)到94.7%以上。乙酸鈉的含碳量為29.26%，葡萄糖的含碳量為39.96%，均勻持續(xù)地加入碳源，都有較好的降解效果。

圖5 碳源配比對(duì)氨氮、總氮的影響

2.4 廢水處理站污泥物理性質(zhì)及化學(xué)成分分析

為了提高沉淀效果，減少用地面積，采用蜂窩斜管異向流沉淀池對(duì)好氧池處理后水進(jìn)行沉淀。底泥排至污泥池進(jìn)行脫水。污泥含水率為80%～85%，一般為黑色，不粘手，放置久了會(huì)變黃色，原因是污泥的細(xì)菌主要是厭氧菌，曝露空氣中，與氧氣接觸，產(chǎn)生了好氧菌。取污泥樣在100℃的溫度下烘干2 h，檢測(cè)其主要成份，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 污泥半定量分析 %

處理后的廢水REO濃度檢測(cè)結(jié)果為微，從表2可以看出，污泥中含有一定量的稀土，廢水中的稀土元素基本上富集在污泥中，有利于續(xù)回收。

3 結(jié) 論

通過(guò)預(yù)處理和生化處理相關(guān)中試數(shù)據(jù)，可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

1.通過(guò)預(yù)處理：對(duì)稀土元素進(jìn)行回收，降低廢水中的金屬含量，去除懸殊物和泥沙，出水清澈，為后端生化減少了干擾因子，提供了水質(zhì)保證。

2.溫度影響：不同溫度對(duì)生化處理效果有較大的影響。溫度低生化處理效果較差；溫度高處理效果明顯較好。

3.碳源配比：投加碳源的不同，硝化、反硝化處理效果穩(wěn)定，都能取得較好的降解效果。碳源配比對(duì)SV30影響較大，不同的碳源污泥濃度不同。加入乙酸鈉污泥濃度低，污泥量少。加入葡萄糖，污泥濃度高，污泥量多。

中試試驗(yàn)表明，經(jīng)過(guò)預(yù)處理的水體，溫度20℃以上，在最佳的碳源配比下，產(chǎn)生的污泥量少，氨氮降至5 mg／L，總氮降到10 mg／L，出水達(dá)到《稀土工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 26451-2011）。