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湖泊藍藻漿藻水分離廢水處理技術(shù)

  水體富營養(yǎng)化及其導致的藍藻水華是目前我國眾多湖泊和水庫面臨的重要環(huán)境問題隊大量藍藻漂浮于水面,隨風漂移到岸邊,腐爛后污染水質(zhì),散發(fā)嗅味,污染周邊環(huán)境。為了緩解藍藻水華對水環(huán)境的影響,將藍藻漿打撈出湖泊,再通過混凝沉淀(或氣浮)進行藻水分離,上清廢水排入湖泊,濃縮后的藻泥經(jīng)脫水后處置利用。若打撈的藍藻漿已經(jīng)開始腐爛,藻細胞內(nèi)的藻液將釋放到水中,藻水分離后的廢水中將會含有大量有機污染物(蛋白質(zhì)、多糖、腐殖酸等)P1、總氮、總磷以及藻毒素等,直接排入水體將對水環(huán)境造成較大的污染,威脅供水安全。

  為了處理藻水分禽廢水,本文建立了一套AO曝氣生物濾池+紫外催化氧化+物化沉淀工藝,去除廢水中的有機物、氮、磷以及藻毒素等,并優(yōu)化了工藝參數(shù)。

  一、實驗部分

  1.1 水樣準備

  從無錫太湖梅梁湖取藍藻漿,經(jīng)過一段時間的自然腐爛,投加PAC和PAM進行混凝沉淀,取上層清液備用。廢水的COD為250mg/L,TN、TP和藻毒素的質(zhì)量濃度分別為400mg/L、2.58mg/L和1.69μg/L。

  1.2 實驗裝置

  工藝流程包括AO曝氣生物濾池、紫外催化氧化及物化沉淀。實驗裝置由厭氧生物過濾柱、好氧生物過濾柱、紫外催化氧化裝置、進水泵、回流泵及空氣泵組成,如圖1所示。

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  厭氧生物過濾柱用有機玻璃制作,內(nèi)徑9cm,高度120cm。柱內(nèi)填充陶粒,粒徑3〜5_,填充高度60cm。厭氧生物過濾柱用有機玻璃制作,內(nèi)徑9cm,高度295cm。柱內(nèi)填充陶粒,粒徑3〜5mm,填充高度180cm。柱內(nèi)填料底部設置微孔曝氣頭。

  紫外催化氧化裝置用有機玻璃制作,長度55cm,直徑15cm,內(nèi)部裝有套有石英管的紫外燈管,紫外燈管的功率為30W,配備型號為12WZ-8揚程為10m的全自動增壓泵。

  進水泵及回流泵用型號為BT100-1J的恒流蠕動泵??諝饫跤眯吞枮長P-40、最大水深為2.8m的充氧氣泵。

  1.3 實驗方法

  實驗的進水流量為2L/h,厭氧生物過濾柱水力停留時間為1.91h,柱內(nèi)溶解氧濃度控制在2〜3mg/L,用HC1和NaHC03調(diào)節(jié)水樣pH為7.0〜7.5。好氧生物過濾柱水力停留時間為5.73h,柱內(nèi)溶解氧濃度控制在0.5mg/L以下,pH控制在7.0〜8.0。硝化液回流比為100%〜200%。待裝置穩(wěn)定運行后,測定裝置對COD、TN等主要污染物的去除效果。

  取AO曝氣生物濾池的出水充滿紫外催化氧化裝置,啟動循環(huán)泵,光照射T時間后放出水樣,搖勻測定藻毒素濃度。改變光照射時間分別為〇.17、0.5、l、2、5min,重復上述實驗。

  用六聯(lián)攪拌器進行混凝沉淀除磷實驗,取AO曝氣生物濾池出水1000mL六份分別加入六個燒杯中,分別投加PAC為10、20、40、60、80、100mg/L,啟動六聯(lián)攪拌器,300r/min攪拌lmin,50r/min攪拌15min,然后靜置沉淀30min。沉淀后取上清液經(jīng)0.45濾膜過濾后測定TP含量。

  1.4 測試指標及分析方法

  主要測試指標包括COD、TN、TP及藻毒素濃度。其中COD分析采用重鉻酸鉀法;TN分析采用過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法;TP分析采用鉬酸銨分光光度法。上述各項指標分析方法均參照水和廢水監(jiān)測分析方法

  藻毒素濃度采用美國Beacon公司生產(chǎn)的96孔檢測試劑盒在450nm波長下讀板檢測

  1.5 系統(tǒng)的掛膜與啟動

  從揚州某污水處理廠取活性污泥進行生物濾料的接種%將活性污泥倒入裝有陶粒填料的過濾柱中,靜置2〜3d,然后將活性污泥排出。向好氧和厭氧生物過濾柱內(nèi)注入生活污水,同時向厭氧生物過濾內(nèi)投加140mL質(zhì)量濃度為300mg/L的硝酸鉀。好氧生物過濾柱曝氣,保持溶解氧質(zhì)量濃度為3mg/L以上,厭氧柱投加硫代硫酸鈉控制溶解氧小于0.5mg/L。每天放空過濾柱并重新充入生活污水。取好氧生物過濾柱水樣測定COD,取厭氧生物過濾柱水樣測定TN。過濾柱對COD、TN的去除效果見圖2、圖3。由圖2可知,反應器中的生物膜適應良好,生活污水COD易被降解,從進水的200mg/L左右下降到50mg/L以下,去除率基本穩(wěn)定在85%左右,半個月后柱內(nèi)填料逐漸變黃,濾料表面出現(xiàn)生物絮體。由圖3可知,反硝化菌生長適應良好,投加的硝酸鹽易被去除,從進水的90mg/L左右下降至40mg/L左右,TN去除率基本穩(wěn)定在42%左右,半個月后柱內(nèi)填料逐漸變黑,濾料表面出現(xiàn)生物絮體。綜上所述,判斷掛膜成功。

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  二、結(jié)果與討論

  2.1 COD去除效果

  AO曝氣生物濾池在進水流量為2L/h,厭氧生物過濾柱水力停留時間為1.91h,好氧生物過濾柱水力停留時間為5.73h,硝化液回流比為100%的工況下穩(wěn)定運行時,AO曝氣生物濾池對COD的去除效果如圖4所示。由圖4可知(0—26d),隨著運行時間的延長,反應器中的生物膜逐漸適應藻水分離廢水,出水COD趨于穩(wěn)定,當進水COD在250mg/L左右時,出水COD在46〜50mg/L左右,去除率達到80%左右。因需要補充碳源進行脫氮,將進水的COD提升至2000mg/L左右(27—46d),從圖4中還可以看出,出水COD依舊在46〜50mg/L左右,出水水質(zhì)達到城鎮(zhèn)污水排放一級A標準。

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  2.2 TN去除效果

  曝氣生物濾池在進水流量為2L/h,厭氧生物過濾柱水力停留時間為1.91h,好氧生物過濾柱水力停留時間為5.73h,硝化液回流比為100%的工況下穩(wěn)定運行時,AO曝氣生物濾池對TN的去除效果如圖5前26天所示。當進水的TN質(zhì)量濃度為400mg/L左右時,出水TN的質(zhì)量濃度為300mg/L左右,去除率只有25%左右,未達到預計的去除效果。其原因是廢水中的碳源遠遠不能滿足脫氮要求為了提高TN的去除效果,投加無水乙酸鈉提高C/N比至8左右,讓反硝化菌有充足的碳源進行反硝化;除此之外,將回流比由1:1提升至1:2,從而提高反硝化的效率。調(diào)節(jié)上述參數(shù)后,脫氮效果有明顯提高,如圖5的后17天所示,出水TN質(zhì)量濃度下降至200mg/L左右,TN去除率達到50%左右。后續(xù)將會嘗試物理化學的方法進一步脫氮使得出水TN達到相應的排放標準。

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  2.3 藻毒素去除效果

  經(jīng)AO曝氣生物濾池處理后,出水藻毒素濃度為1.58pg/L左右,說明AO生物作用對藻毒素的降解去除效果較差。取出水在0.17、0.5、1、2、5min5個光照時間下,藻毒素質(zhì)量濃度下降至1.26、0.98、0.84、0.64、0.37μg/L,去除率分別為20.25%、37.97%、46.83%、59.49%、76.58%,結(jié)果見圖6。

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  藻毒素在本質(zhì)上屬于有機物的一種,紫外燈的催化氧化會激發(fā)產(chǎn)生單線態(tài)的氮,單線態(tài)的氮具有強氧化性,能夠?qū)⒃宥舅刂械沫h(huán)狀結(jié)構(gòu)打開引發(fā)鏈式反應。

  為了進一步探明紫外光催化氧化時間與藻毒素降解速率之間的關(guān)系,本實驗對上述數(shù)據(jù)進行分析擬合得到一條降解曲線,如圖7所示。藻毒素在前1min內(nèi)快速被降解,去除率約為50%左右,降解的速度約為0.74μg/(L•min)。隨著時間的推移,降解速率逐漸下降并趨于穩(wěn)定,最終出水藻毒素濃度趨于穩(wěn)定。由此可見紫外燈光對藻毒素具有降解作用,且隨著光照時間的增長,藻毒素降解速率逐漸降低并趨于穩(wěn)定。由此得出結(jié)論,紫外催化最佳氧化時間為5min左右。

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  2.4 TP去除效果

  水中的磷大多以游離態(tài)磷酸根離子的形式存在,在金屬鹽的混凝沉淀作用下得到有效去除。

  經(jīng)AO曝氣生物濾池處理后,出水TP質(zhì)量濃度為2.38mg/L左右。根據(jù)投加量和配置藥劑的濃度,通過計算得到化學除磷的投加系數(shù)β(采用金屬元素的投加量與進水中磷元素的物質(zhì)的量比)與反應后TP質(zhì)量濃度的關(guān)系圖如圖7所示,隨著投加系數(shù)的增加,TP質(zhì)量濃度不斷降低,當投加系數(shù)盧約為3時,去除效率最高,當β達到8以后,TP的去除率趨于穩(wěn)定,出水濃度穩(wěn)定在0.39mg/L左右,去除率達到80%左右。

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  三、結(jié)論

  1)采用AO曝氣生物濾池+紫外催化氧化+物化沉淀工藝處理藻水分離廢水,廢水經(jīng)AO曝氣生物濾池后可以有效去除COD、TN等,再通過紫外催化氧化去除廢水中的藻毒素,最后通過物化沉淀去除TP。

  2)在厭氧生物過濾柱水力停留時間為1.91h,好氧生物過濾柱水力停留時間為5.73h,回流比為200%,紫外催化氧化時間為5min,PAC投加量為100mg/L的工況下,平均進水COD=250mg/L、p(TN)=400mg/L、p(TP)=2.58mg/L、p(藻毒素)=1.69μg/L的去除率能分別達到81.17%、55.33%、84.88%、76.58%,出水COD降到50mg/L以下,TP降至0.39mg/L,TN降到200mg/L以下,藻毒素降至0.37μg/L,出水呈無色透明且沒有嗅味。除TN外,其余達到城鎮(zhèn)污水一級A排放標準。

  3)此套工藝既降低了廢水中的污染物濃度,減輕了嗅味,又減輕了水環(huán)境負擔,有利于水環(huán)境的修復。該工藝技術(shù)精煉,設備結(jié)構(gòu)簡單易管理,水質(zhì)處理效果穩(wěn)定。( >

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