炭化活性污泥深度污水處理試驗研究

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．

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