改性硅藻土的多級A／O工藝除磷優化及尾水深度除磷

馬翠，何爭光，張碧晰

（鄭州大學 水利與環境學院，河南 鄭州450001）

水體中的氮磷是微生物的營養源，大量的含磷廢水排入水體，引起水體富營養化，最終導致水體出現水華和赤潮現象［1］.目前，常用的除磷工藝有化學沉淀法、生物法、吸附法等.其中化學沉淀法產生大量難于脫水污泥，生物法除磷通常出水水質不穩定.吸附法具有較快吸附速度及較強抗干擾能力，成為近年來研究的熱點［2］.吸附法主要是利用具有大比表面積的吸附材料進行磷的快速吸附.硅藻土就是具有特殊的微孔結構和較大的比表面，表面通常帶負電荷［3］.加入適量的金屬陽離子制成改性的硅藻土，將其定量投加到污水中后，通過脫穩絮凝、物理吸附、沉淀反應等，有效去除廢水中的磷［4］.本文將改性之后的硅藻土應用于多級A／O工藝，探討除磷效果，為生產實踐提供幫助.

1 硅藻土的改性

1.1 實驗裝置

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

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

機械攪拌澄清池的試驗裝置，如圖2所示.圖2中：A為第一絮凝室；B為第二絮凝室；C為導流室；D分離室.

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

1.2 試驗方法及步驟

采用氯化鐵、PAC對硅藻土（天津光復試劑廠）改性，通過最終除磷效果確定最佳投配比及最佳實驗工況.

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100目分目篩，得酸洗硅藻土.

2）采用表面結構法對硅藻土進行改性.用磷酸二氫鉀水溶液調配模擬含磷污水，pH值為中性，反應時間30min，溫度為室溫，沉淀時間45min，投加量為0.1mg·L－1.取不同投加量的氯化鐵、PAC及酸洗硅藻土進行復配，分別測其對磷的去除率，以確定最佳復配比［5］.

2 多級A／O出水的除磷效果

2.1 曝氣量對除磷效果的影響

在保證化學需氧量（chemical oxygen demand，COD）和氨氮去除效果的前提下，在一定范圍內調節曝氣量，研究其對除磷效果的影響［6］.在反應器運行過程中，維持進水COD值約為310mg·L－1，總氮約為80mg·L－1，總磷約為5.2mg·L－1，進水m（C）／m（N）約為3.8，是低碳氮比污水［7］.本次試驗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定運行15d，研究其對總磷去除效果的影響，結果如圖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：進水總磷質量濃度為4.32～6.11mg·L－1，出水總磷質量濃度為2.33～3.97 mg·L－1，曝氣量為0.7，0.5，0.3m3·h－1時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，但整體來說總磷的去除率不高.

2.2 m（C）／m（N）對除磷效果的影響

在保證COD和氨氮去除效果前提下，一定范圍內調節m（C）／m（N），研究其對除磷效果的影響.在反應器運行過程中，將曝氣量調整為0.6m3·h－1，維持氨氮約為70mg·L－1，總磷約為5.2mg·L－1，通過改變淀粉的投加量來控制COD濃度，進而達到調節m（C）／m（N）的目的［9］.本次試驗調節m（C）／m（N）分別為3，4，6，8，不同m（C）／m（N）下穩定運行15d，研究其對總磷去除效果的影響結果，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，除磷率穩定上升，但在最高除磷率的情況下，出水總磷的平均質量濃度為1.55mg·L－1，達不到一級A排放標準，因而通過深度處理來去除生化出水中的磷是十分有必要的.

3 對多級A／O出水的深度處理

3.1 投加量對尾水的影響

本試驗選取投加量分別為100，200，300，400，500，600mg·L－1，進水流量為30L·h－1，攪拌速度為12r·min－1時，研究機械攪拌澄清池對多級A／O工藝二沉池出水的處理效果，每種投加量下穩定運行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，機械攪拌澄清池對多級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，出水磷的平均值為0.46mg·L－1，已達到排放標準.

3.2 停留時間對尾水的去除影響

停留時間的大小決定了尾水在機械攪拌澄清池中的停留時間的長短，因而是重要的參數之一［10］.試驗選取停留時間分別為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，研究機械攪拌澄清池對多級A／O工藝二沉池出水的處理效果，每種停留時間下穩定運行7d，其對總磷的去除效果，如圖6所示.

由圖6可知：隨著停留時間的增大，機械攪拌澄清池對多級A／O工藝二沉池出水中總磷的去除率不斷升高，但升高的趨勢在逐漸減緩，在停留時間為1.5h時，出水磷已達到排放標準.

3.3 攪拌轉速對尾水的去除影響

機械攪拌速度是改性硅藻土混凝反應的強度和裝置內泥渣循環量的直接反映，是裝置的另一個重要的參數［11］.試驗選取攪拌轉速分別為10，12，15r·min－1，改性硅藻土的投加量均為500mg·L－1，停留時間均為1.5h，研究機械攪拌澄清池對多級A／O工藝二沉池出水的處理效果，不同攪拌轉速下穩定運行7d，其對總磷的去除效果，如圖7所示.

圖6 不同停留時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：攪拌轉速對裝置處理多級A／O工藝二沉池出水的總磷去除率的影響較大，過大或過小，都會影響除磷效果；在機械攪拌轉速（v）為12r·min－1時，除磷率相對較高.

3.4 經濟分析

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

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

4 結論

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

2）試驗調節m（C）／m（N）分別為3，4，6，8，隨著m（C）／m（N）的增大，除磷率穩定上升，但在最高除磷率的情況下，出水總磷的平均質量濃度為1.55mg·L－1，不能達標排放，因此，通過深度處理是十分有必要的.

3）采用機械攪拌澄清池，深度處理尾水時，改性硅藻土的投加量、進水流量、攪拌轉速都會影響裝置的去除效果.在兼顧經濟的原則下，在投加量為500mg·L－1，停留時間為1.5h，機械攪拌轉速為12 r·min－1時為最佳工況.此時，對總磷的去除率分別為79.06%，出水總磷小于0.5mg·L－1，達到了一級A的排放標準.

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