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炭化活性污泥深度污水處理試驗研究

2011-12-31 00:00:00楊小俊,吳艷華,劉泰鈴,武長城,蔡亞君
湖北農業科學 2011年11期

摘要:以產自日本巴工業株式會社的炭化活性污泥為研究對象,考察了該炭化活性污泥與氯化鐵復合使用時對污水深度處理的絮凝吸附效果,并研究了各因素對試驗的影響情況。結果表明,在pH值為9,投入15 mg/L氯化鐵,200 r/min 攪拌1.5 min,再投5 g/L炭化活性污泥,60 r/min 攪拌15 min,水樣靜置30 min的條件下,該復合絮凝劑能使水樣出水水質中COD、TP達到一級A標準,平均濁度去除率達90%以上,NH3-N平均去除率為25.07%。

關鍵詞:炭化活性污泥;深度處理;復合絮凝劑

中圖分類號:X703.5文獻標識碼:A文章編號:0439-8114(2011)11-2200-04

Advanced Wastewater Treatment of Secondary Effluents with Carbonized Sludge

YANG Xiao-jun1,WU Yan-hua2,LIU Tai-ling2,WU Chang-cheng3,CAI Ya-jun1

(1. School of Environmental Engineering, Wuhan Textile University, Wuhan 430073, China;

2. Central and Southern China Municipal Engineering Design & Research Institute, Wuhan 430010, China;

3. WISDRI Engineering Research Incorporation Limited, Wuhan 430223,China)

Abstract: The flocculation absorption effect of carbonized sludge produced by TOMOE Engineering Co., Ltd. used accompany with FeCl3 was studied. And the factors influencing the experimental results were investigated. The result showed that the COD and TP of effluent could meet standard A in first grade if plunged 15 mg/L FeCl3 when pH was 9, and stirred at 200r/min for 1.5 min, the added 5 g/L carbonized sludge and stirred at 60 r/min for 15 min and standing for 30 min. The average turbidity removal rate was above 90%; while the average NH3-N removal rate was 25.07%.

Key words: carbonized sludge; advanced treatment; composite flocculant

目前,城市污泥已成為現代城市產生的重要廢棄物之一。作為城市污泥減量化產物的炭化活性污泥,是污泥穩定化和無害化處理產物,其資源化利用是目前研究的熱點。目前,炭化活性污泥已應用于工業廢水的除色、重金屬吸附處理,并具有良好的處理效果[1-4];也被用作廢氣吸附劑、土壤改良材料、園藝用土壤、脫水助劑、融雪材料、脫臭劑和原生活污水的除臭及初級處理等。本研究的炭化活性污泥,產自日本巴工業株式會社,粒徑2~5 mm,呈灰黑色,質輕,無異味,不易變質。目前該產品主要用作土壤改良劑及除臭劑[5],但還未涉及生活污水深度處理方面的研究。本研究考察了該炭化活性污泥與優選絮凝劑復合使用對污水深度處理的絮凝吸附效果,現將結果報道如下。

1材料與方法

1.1試驗材料

試驗原水為人工配制,將葡萄糖、硝酸鉀、磷酸二氫鉀、氯化銨投加到自來水中,水質指標為:COD 53~69 mg/L、TN 18.1~20.4 mg/L、TP 0.80~0.83 mg/L、NH3-N 11.6~12.3 mg/L、pH值7.2~7.5 mg/L。炭化活性污泥,日本巴工業株式會社生產,粒徑2~5 mm。

1.2絮凝劑的篩選

用5個燒杯分別取1 000 mL原水樣,置于混凝攪拌儀下。將硫酸鋁、氯化鐵、硫酸鐵、PAC、硫酸鋁鉀5種絮凝劑各取10 mg投入水樣中,200 r/min 攪拌1 min,接著以60 r/min的速度攪拌10 min。靜置沉淀30 min,取上清液進行水質分析。將上述5種絮凝劑各取15 mg,其他試驗條件同上;取上清液進行水質分析;篩選絮凝效果較好的絮凝劑,用于后續試驗。

1.3絮凝劑與炭化活性污泥復合絮凝吸附效果研究

1.3.1炭化活性污泥投加量的優化分別將0.05、0.10、0.50、1.00、2.00、5.00 g的炭化活性污泥投入

1 000 mL原水樣中,再分別投入等量的絮凝劑,其他試驗條件同上。篩選絮凝效果最優的投加量。

1.3.2炭化活性污泥投加方式的優化在最優配合比投藥量前提下,設計了5種不同的投加方式:①同時投加炭化活性污泥和絮凝劑,200 r/min攪拌1 min,然后60 r/min慢攪10 min;②首先投加絮凝劑,200 r/min攪拌1 min,再加炭化活性污泥,60 r/min攪拌10 min;③投加絮凝劑,首先200 r/min攪拌

1 min,然后60 r/min攪拌5 min,再加入炭化活性污泥,60 r/min攪拌5 min;④投加絮凝劑,首先200 r/min攪拌1 min,然后60 r/min攪拌8 min,加入炭化活性污泥,60 r/min攪拌2 min;⑤投加絮凝劑,首先200 r/min攪拌1 min,然后60 r/min攪拌10 min,加入炭化活性污泥靜置。

1.4絮凝效果的影響因素

1.4.1pH值用稀硫酸(水與濃硫酸體積比為1∶1)和氫氧化鈉分別將水樣的pH值調到3、5、7、9、11,然后根據最佳配合投加量和最佳投加方式進行絮凝吸附試驗。

1.4.2攪拌方式采用L9(34)正交試驗設計方法,以出水COD、TP、氨氮和綜合去除率為衡量指標。各因素、水平的選取參考了類似燒杯試驗的研究成果,根據最佳復合投藥量、最佳投加方式及最佳pH值,按表1設定的不同攪拌速度和攪拌時間分別對水樣進行絮凝吸附試驗,靜置沉淀30 min后,測定上清液的水質。

1.4.3原水溫度由于大部分試驗是在冬季進行,原水的溫度較低,基本保持在9~11℃,因此未對水溫進行調節。為了考察夏季高溫水對絮凝吸附效果的影響,在5月底較熱時補做了一次試驗,按照最佳復合投藥量和最佳絮凝吸附條件對水樣進行絮凝吸附試驗。

1.5多廠區二沉池出水的處理研究

考慮到試驗配制的原污水水質與實際生活污水水質存在著一定的差異,因此分別從漢西污水處理廠、沙湖污水處理廠、龍王嘴污水處理廠以及武漢紡織大學自備污水處理站取二沉池出水作為試驗原水,按照最佳復合投藥量和最佳絮凝吸附條件對水樣進行試驗,沉淀30 min后取其上清液測定其濁度、COD、TN、TP及氨氮等指標。

2結果與分析

2.1絮凝劑的篩選

2.1.110 mg/L投藥量的絮凝效果由表2可知,5種絮凝劑絮凝處理污水的試驗中,對COD和TP具有良好的去除效果,但對氨氮和TN的去除效果不明顯。在10 mg/L投藥量的前提下,硫酸鋁和硫酸鋁鉀對污水的處理效果較差,硫酸鐵和PAC都能將一級B標準污水中COD處理達到一級A標準水平,氯化鐵能使處理后的原水中TP也達到一級A標準[6]。

2.1.215 mg/L投藥量的絮凝效果由表3可知,氯化鐵對污水的處理效果最佳,能使處理后水中COD和TP均達到一級A標準水平;同時考慮到氯化鐵作為絮凝劑使用時pH值的適應范圍最寬[7],能與炭化活性污泥在高pH值條件下復合投加。因此,選用氯化鐵作為最優絮凝劑,并確定其最佳投藥量為15 mg/L;用于后續試驗。

2.2絮凝劑與炭化活性污泥復合絮凝吸附效果

2.2.1最佳炭化活性污泥投加量的篩選在試驗過程中,觀察到干燥的炭化活性污泥投入水樣后,產生的大量微氣泡將部分小絮體帶上水面。由表4可知,炭化活性污泥的投藥量在5 g/L時對原水的處理效果最好。復合作用時原水COD下降最大值僅為13 mg/L,處理效果比絮凝劑單獨使用時的效果要差,NH4+的吸附效果也變差了,但對TP的去除效果影響不大。這可能是由于炭化活性污泥的投加方式不當引起的。

2.2.2炭化活性污泥投加方式的篩選試驗結果表明,方式②中出現的絮體數量最多,絮體體積大,絮凝吸附效果最好;方式①最差,后4種方式對COD的去除效果都較方式①明顯。方式②效果較優的原因可能是:在該投藥方式下,藥劑和攪拌轉速、攪拌時間的協調性較好,因此絮體不易被打碎;再加上炭化活性污泥對微小的絮體存在一定的吸附現象,在靜置的過程中,由于炭化活性污泥釋放的微氣泡增多,除了大礬花沉淀到底部以外,懸浮的小絮體也被微氣泡帶到了水面,使得水樣出水效果較好(表5)。

2.3絮凝效果的影響因素分析

2.3.1pH值由圖1可知,氯化鐵對pH值變化的適應性較強。在pH值為5~11時,均能起到明顯的絮凝作用,水樣處理后的COD濃度在35mg/L以下,TP的去除率也較高。pH值為9時效果最佳,堿性條件下的處理效果好于酸性。

2.3.2攪拌方式由表6可知,最佳的攪拌方式為:慢速反應攪拌速度為60 r/min,快速混合攪拌速度為200 r/min,慢速反應攪拌時間為15 min,快速混合攪拌時間為1.5 min。從整體上看,盡管攪拌方式的變化對氨氮的去除有影響,但影響的幅度不大,各因素的不同水平之間的平均出水氨氮值相差不到1 mg/L。這是因為各因素水平間的變化幅度對于炭化活性污泥吸附氨氮來講較小。但是攪拌方式的變化對COD及TP的去除卻有較大的影響,這可能是由于試驗水溫較低,較大的攪拌速度和較長的攪拌時間對絮凝和吸附效果均較好[6]。

2.3.3原水溫度試驗前污水水樣COD濃度為55 mg/L,TN濃度為20.2 mg/L,TP濃度為0.812 mg/L,氨氮濃度為12.015 mg/L。當體系溫度升高至21℃時進行試驗,處理后,出水COD濃度為24 mg/L,TN濃度為18.4 mg/L,TP濃度為0.128 mg/L,氨氮濃度為10.335 mg/L。水樣中各指標的去除率有所增加,但變化幅度較小,這表明環境體系溫度的改變對絮凝吸附效果的影響并不大。

2.4多廠區二沉池出水的處理研究

由于各污水廠二沉池出水中懸浮物(SS)含量較人工配制的原水高,因此絮凝吸附效果更顯著,各項指標的去除效果較明顯(表7)。氯化鐵與炭化活性泥復合使用處理實際污水廠出水的效果較好。平均出水水質在COD、TP水平上達到一級A標準,濁度去除率在90%以上,氨氮平均去除率為25.07%。

3結論

本試驗結果表明,在pH值為9時,先向水樣中加入15 mg/L的氯化鐵,200 r/min攪拌1.5 min,再向水樣中加入5 g/L的炭化活性污泥,60 r/min 攪拌15 min,沉淀30 min的條件下,復合絮凝劑較氯化鐵單獨使用時對污水的處理效果明顯,炭化活性污泥對氯化鐵的絮凝沉淀作用有很強的輔助效果。絮凝吸附效果優良,對原水水質波動的適應性較強,對二級污水廠二沉池出水的處理效果明顯,平均出水水質在COD、TP水平上達到了一級A標準,濁度去除率達90%以上,氨氮平均去除率為25.07%,適合處理COD含量、TP含量和濁度高,而TN含量較低的污水。

參考文獻:

[1] 郭愛民,任愛玲,張沖.制藥污水處理廠污泥制活性炭的研究[J]. 河北化工,2006(1):57-59.

[2] 方平,岑超平,陳定盛,等. 炭化污泥吸附劑對Pb2+的吸附試驗研究[J]. 工業用水與廢水,2008,39(3):37-40.

[3] 楊雷,蔣文舉,孫孝龍,等.添加FeCl3改性污泥活性炭吸附Cu2+研究[J]. 四川化工,2009,12(6):45-49.

[4] 柯玉娟,陳泉源,張立娜. 污泥活性炭的制備及其對溶液中Cr6+的吸附[J]. 化工環保,2009,29(1):75-79.

[5] 劉則華,劉錫建,陳思浩,等. 日本的污泥處理現狀及對策[J]. 上海工程技術大學學報,2006,20(4):291-294.

[6] GB18918-2002,城鎮污水處理廠污染物排放標準[S].

[7] 李圭白,張杰. 水質工程學[M]. 北京:中國建筑工業出版社,2005.182.

注:本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文

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