海水混凝工艺强化除磷技在印染废水中的应用
城市污水处理厂的污泥上清液中TP含量较高,回流与进水混合后,不利于出水TP达标。采用A2/O工艺的青岛市李村河污水处理厂同样存在这种情况,为此该厂在进行化学除磷技术研究时开发了海水混凝法强化除磷技术。该技术利用海水中的Ca 2+ 、Mg 2+等天然矿物离子作为混凝剂,与污水处理厂的污泥上清液按照1∶5的比例混合,使用NaOH调节其pH至10.5,反应时间为20 min,温度为20℃的条件下,污泥上清液中磷的去除率达到92%以上,效果良好[1]。虽然该技术已经极大降低了运行费用,但是其调节pH所用的NaOH在使用中存在安全隐患并且费用仍然偏高。青岛市李村河污水处理厂为了进一步降低其运行费用并在生产中应用该技术,选取了几种碱性废液进行试验,最终选取了印染废水代替NaOH作为碱液使用。
1·碱液的初步比选
分别考察了李村河污水处理厂周边区域印染废水、碱厂废液、啤酒厂洗瓶废液调节pH的效果,见表1。
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通过比较发现印染废水用量较小并且沉降性能好。所以选取印染废水进行试验并与NaOH进行对比,以确定其能否达到除磷效果的要求,结果见表2(反应温度=20℃,海水投加比例为1/5,反应时间20 min)。
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通过表2可以看出使用印染废水调节pH,其规律与NaOH碱液一致,除磷效果与使用NaOH相当,但产生的沉淀物比使用NaOH时的沉淀物多,而且颜色为灰色,同时沉淀物的沉降速度更快,一般在10 min就可沉淀完全。还发现海水与印染废水的混和可发生反应生成沉淀,这可能是产生上述现象的原因,由于这种现象的存在没有引起除磷效果的显著变化,故在本试验中并没有详细进行反应机理的研究。中试重点对不同pH、海水不同投加量(确定使用印染废水是否影响海水的投加量)时除磷效果和沉淀物的沉降性能、运行成本以及对生物处理工艺的影响五个方面进行对比试验,以确定印染废水能否代替NaOH溶液。
2·印染废水与NaOH的动态中试对比试验
2·1试验材料
(1)印染废水。取自青岛市凤凰美昊,pH12.93,电导率4 000 mS/cm,TP 7.2 mg/L,NH3—N 32.9 mg/L,CODCr4 500 mg/L,BOD5900 mg/L。
(2)污泥上清液。取自李村河污水处理厂现场,不经沉淀直接用于中试。污泥上清液中PO 43--P的浓度见表3。
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(3)海水。取自李村河污水处理厂毗邻海域,含盐量30 mg/L,pH 7.85,电导率14.25 mS/cm,Mg 2+1 280 mg/L,Ca 2+400 mg/L,PO 43--P0.19 mg/L。
2.2试验装置
利用有机玻璃制造初沉池、反应池以及二沉池等主体构件,各部分形状、基本流程如图1所示,其容积分别为:20 L、25 L、25 L。
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2.3对比试验
2.3.1NaOH和印染废水在不同pH和不同海水投加比例时除磷效果对比
在温度20℃,海水投加比例为1∶5,反应时间20 min,体系pH为9~10.5时,以0.5个单位为间隔设置4个不同的梯度,分别使用NaOH和印染废水调节体系pH时除磷效果对比(见表4)。在温度20℃体系,pH为10.5,反应时间20 min,海水投加比例为1∶2、1∶5、1∶10、1∶20,考察不同的海水投加量时NaOH和印染废水除磷效果的影响对比(见表5)。
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由表4可以看出,印染废水调节pH除磷效果均略有降低,但仍然可以满足要求。由表5可知,使用印染废水无需改变海水投加比例,其除磷效果与使用NaOH时相当。因为海水的加入量使得体系中的Ca2+、Mg2+相对于磷酸盐都为过量,可以保证污泥上清液中的磷酸盐最大程度地形成沉淀而被去除[2]。
2.3.2沉淀物的沉降性能比较 取中试装置反应池出水进行沉降试验:将反应池出水搅匀后置于100 mL量筒中,分别得到的沉降比趋势如图2、图3。由于使用印染废水时,沉淀物的沉降比较快,故将其记录间隔以2 min为主。通过比较可以看出使用印染废水在10 min后SV变化十分缓慢,使用NaOH时要在20 min后变缓,从沉降性能上比较使用印染废水更好,有利于生产实践时减小构筑物的体积,减少占地面积;但是使用印染废水产生的沉淀物更多,约是使用NaOH时的3倍,会增加沉淀物的处理费用,成本比较详见2.1节。
2.4处理成本比较
以中试数据为基础,对比了投加不同混凝剂除磷的成本,结果见表6。
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通过表6可以看出海水+印染废水强化除磷费用更低,适合在沿海城市污水处理厂应用。
2.5使用印染废水调节pH对生化处理段水质的影响
将最优条件下的中试出水与污水处理厂进水按照1∶18混合(该厂设计进水9万m3/d,污泥上清液约3 500 m3/d,则海水使用量为700 m3/d,印染废水投加量为800 m3/d),与原污水处理厂污泥上清液回流之后的取样点水样进行比较,考察主要参数的变化情况和对生物处理工艺的影响(见表7)。
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由表7可以看出,采用印染废水调节pH的海水混凝法强化除磷技术可有效降低TP含量,有利于污水处理厂出水TP的达标,而其他几项数值变化不大,不会对污水处理厂的生物处理工艺产生负面影响。
3·小结
(1)沿海城市污水处理厂应用海水混凝法强化除磷技术时可以使用印染废水代替NaOH,既能降低运行成本,又能减少占地面积。
(2)使用印染废水调节体系pH,pH控制在10~10.5,海水投加比例控制在1∶10~1∶5,效果较佳。
(3)印染废水调节pH产生的沉淀物应进行成分分析看其有无回收利用的价值,以便进一步降低运行成本。今后应研究两者的反应机理,是否可因此找到一种有效处理印染废水的新方法。
参考文献
1·刘浩,杜海波,牟润芝,等.海水混凝法强化除磷的试验研究.中国给水排水,2008,19(10):25~27
2·于宗赫,孟凡平,刘浩,等.投加海水化学沉淀法去除污泥脱水液中的磷酸盐.中国海洋大学学报,2006,(1):156~160
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