隨著我國(guó)城鎮(zhèn)人口的逐漸增多，城市生活污水造成的污染問(wèn)題也日益突顯。隨著環(huán)保意識(shí)的逐漸增強(qiáng)，全國(guó)各地都在逐漸提高城鎮(zhèn)污水處理廠的出水排放標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)城鎮(zhèn)污水處理廠氮、磷等污染物的排放提出了更高的要求，由于城市的快速擴(kuò)張導(dǎo)致城鎮(zhèn)污水處理廠難以有富裕的土地進(jìn)行改擴(kuò)建去應(yīng)對(duì)更高的環(huán)保要求，因此如何在不增加水力停留時(shí)間的前提下提高污水處理廠對(duì)城市生活污水的處理效果從而使污水處理廠的出水能夠滿(mǎn)足新的排放標(biāo)準(zhǔn)成為當(dāng)前研究的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。
硅藻土的主要成分是含水的無(wú)定形的SiO2，具有孔隙率大、滲透性強(qiáng)、比表面積大、熔點(diǎn)高、熱穩(wěn)定性好等特性，因而具有較強(qiáng)的吸附能力及過(guò)濾性能，再加上其成本低以及易分離等特點(diǎn)，從而使其在水處理領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。將硅藻土有針對(duì)性的進(jìn)行改性后可吸附污水中的重金屬以及難降解的有機(jī)物等，擴(kuò)展了硅藻土在水處理領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，因此改性硅藻土在水處理領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。
研究將改性后硅藻土加入處理城市生活污水的CAST裝置中，以期在不增加水力停留時(shí)間的前提下提高CAST系統(tǒng)對(duì)城市生活污水的處理效果，為城市生活污水處理廠的提標(biāo)改造提供一種新思路。
一、材料與方法
1.1 試驗(yàn)材料
水樣，取自天津某污水處理廠調(diào)節(jié)池。硅藻土，云南某選礦廠。活性污泥，取自天津某污水處理廠污泥回流池。
1.2 方法
1.2.1 硅藻土的改性
將硅藻土置于220℃下干燥2h，冷卻后按照1∶6的質(zhì)量比浸泡于pH值為0.1的鹽酸中，并攪拌酸洗6h，用蒸餾水將硅藻土洗至中性后置于105℃下干燥4h，然后研磨并過(guò)0.15mm，最后按照20∶3∶1的質(zhì)量比與聚合氯化鋁、氯化鐵混合制得改性硅藻土。
1.2.2 改性硅藻土耦合CAST工藝
試驗(yàn)用CAST裝置為實(shí)驗(yàn)室自制，如圖1所示。該裝置的總?cè)莘e為20L，根據(jù)城市生活污水的水質(zhì)特征，將CAST裝置的一個(gè)運(yùn)行周期為8h，進(jìn)水+反應(yīng)5h(其中，進(jìn)水約0.25h)，靜置沉淀2h，排水0.25h，閑置0.75h，每個(gè)運(yùn)行周期排水4L。
將取自污水處理廠的活性污泥投加到CAST裝置中，然后采用試驗(yàn)用城市生活污水作為進(jìn)水對(duì)CAST裝置進(jìn)行調(diào)試，待系統(tǒng)出水指標(biāo)穩(wěn)定后進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。
(1)傳統(tǒng)CAST工藝對(duì)城市生活污水的處理效果。將CAST裝置置于溫度穩(wěn)定在28℃的室內(nèi)，待裝置穩(wěn)定運(yùn)行后連續(xù)運(yùn)行20d，每天測(cè)定進(jìn)出水中的COD、氨氮、總氮和總磷含量。
(2)改性硅藻土耦合CAST工藝處理城市生活污水的效果。將400g改性硅藻土投入到裝置主反應(yīng)區(qū)，每個(gè)運(yùn)行周期進(jìn)水時(shí)補(bǔ)加80g改性硅藻土，在室內(nèi)溫度為28℃的條件下穩(wěn)定運(yùn)行后連續(xù)運(yùn)行20d，每天測(cè)定進(jìn)出水中的COD、氨氮、總氮和總磷含量。
二、結(jié)果與討論
2.1 結(jié)果
2.1.1 改性硅藻土耦合CAST工藝對(duì)城市生活污水中COD的去除效果(如圖2)
改性硅藻土能夠提高CAST工藝對(duì)城市生活污水中COD的去除效果，CAST裝置穩(wěn)定運(yùn)行后，8h運(yùn)行周期條件下，對(duì)COD的去除率維持在88%以上，出水COD濃度低于40mg/L，滿(mǎn)足?城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)?(GB18918-2002)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，與不添加改性硅藻土相比，CAST裝置對(duì)COD的去除率可提高2%以上。
2.1.2 改性硅藻土耦合CAST工藝對(duì)城市生活污水中氨氮的去除效果(如圖3)
改性硅藻土能夠提高CAST工藝對(duì)城市生活污水中氨氮的去除效果，CAST裝置穩(wěn)定運(yùn)行后，8h運(yùn)行周期條件下，對(duì)氨氮的去除率維持在87%以上，出水氨氮濃度低于5mg/L，滿(mǎn)足?城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)?(GB18918-2002)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，與不添加改性硅藻土相比，CAST裝置對(duì)氨氮的去除率可提高2%以上。
2.1.3 改性硅藻土耦合CAST工藝對(duì)城市生活污水中總氮的去除效果(如圖4)
改性硅藻土能夠明顯提高CAST工藝對(duì)城市生活污水中總氮的去除效果，CAST裝置穩(wěn)定運(yùn)行后，8h運(yùn)行周期條件下，對(duì)總氮的去除率維持在64%以上，出水總氮濃度低于15mg/L，滿(mǎn)足?城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)?(GB18918-2002)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，與不添加改性硅藻土相比，CAST裝置對(duì)總氮的去除率可提高11%以上。
2.1.4 改性硅藻土耦合CAST工藝對(duì)城市生活污水中總磷的去除效果(如圖5)
改性硅藻土能夠明顯提高CAST工藝對(duì)城市生活污水中總磷的去除效果，CAST裝置穩(wěn)定運(yùn)行后，8h運(yùn)行周期條件下，對(duì)總磷的去除率維持在83%以上，出水總磷濃度低于0.5mg/L，滿(mǎn)足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。與不添加改性硅藻土相比，CAST裝置對(duì)總磷的去除率可提高23%以上。
2.2 討論
添加改性硅藻土能夠提高CAST裝置對(duì)城市生活污水中COD、氨氮、總氮和總磷的去除效果：
(1)改性后的硅藻土具有強(qiáng)大的吸附能力，在吸附城市生活污水中的污染物的同時(shí)能夠?qū)AST裝置中的活性污泥聚集在一起，增強(qiáng)活性污泥的沉降性能，提高CAST裝置對(duì)城市生活污水中污染物的的去除效率。
(2)與天然硅藻土相比，改性后的硅藻土表面積和孔隙度均大幅增加，使得改性硅藻土具有優(yōu)異的吸附無(wú)機(jī)離子與有機(jī)質(zhì)的能力。同時(shí)硅藻土多孔的特性也為活性污泥中的微生物提供了優(yōu)異的載體，提高了CAST裝置中活性污泥的濃度，從而使得改性硅藻土強(qiáng)化后的CAST工藝對(duì)COD、總氮等的去除率得以大幅提升。
(3)在硅藻土改性過(guò)程中，聚合氯化鋁、氯化鐵中含有的Al3+、Fe3+在硅藻土表面發(fā)生水解反應(yīng)并生成羥基氧化物，這些羥基氧化物在中性的水環(huán)境中帶正電荷，可中和帶有負(fù)電荷的磷酸根的膠體顆粒，從而使其沉降下來(lái)隨CAST裝置中的污泥一起排出，最終達(dá)到提高CAST裝置對(duì)城市生活污水中總磷去除率的目的。
三、結(jié)論
與單純采用CAST工藝處理城市生活污水相比，采用添加2%改性硅藻土的CAST工藝對(duì)城市生活污水中COD、氨氮、總氮和總磷的去除效率分別提高了2%、2%、11%和23%以上，且將裝置出水COD、氨氮、總氮和總磷等指標(biāo)的濃度由滿(mǎn)足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)提高到滿(mǎn)足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。( >
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