城市污水處理廠的污泥上清液中TP含量較高,回流與進水混合后,不利于出水TP達標。采用A2/O工藝的青島市李村河污水處理廠同樣存在這種情況,為此該廠在進行化學除磷技術研究時開發(fā)了海水混凝法強化除磷技術。該技術利用海水中的Ca ²⁺ 、Mg ²⁺等天然礦物離子作為混凝劑,與污水處理廠的污泥上清液按照1∶5的比例混合,使用NaOH調節(jié)其pH至10.5,反應時間為20 min,溫度為20℃的條件下,污泥上清液中磷的去除率達到92%以上,效果良好[1]。雖然該技術已經極大降低了運行費用,但是其調節(jié)pH所用的NaOH在使用中存在安全隱患并且費用仍然偏高。青島市李村河污水處理廠為了進一步降低其運行費用并在生產中應用該技術,選取了幾種堿性廢液進行試驗,最終選取了印染廢水代替NaOH作為堿液使用。

1·堿液的初步比選

分別考察了李村河污水處理廠周邊區(qū)域印染廢水、堿廠廢液、啤酒廠洗瓶廢液調節(jié)pH的效果,見表1。

通過比較發(fā)現(xiàn)印染廢水用量較小并且沉降性能好。所以選取印染廢水進行試驗并與NaOH進行對比,以確定其能否達到除磷效果的要求,結果見表2(反應溫度=20℃,海水投加比例為1/5,反應時間20 min)。

通過表2可以看出使用印染廢水調節(jié)pH,其規(guī)律與NaOH堿液一致,除磷效果與使用NaOH相當,但產生的沉淀物比使用NaOH時的沉淀物多,而且顏色為灰色,同時沉淀物的沉降速度更快,一般在10 min就可沉淀完全。還發(fā)現(xiàn)海水與印染廢水的混和可發(fā)生反應生成沉淀,這可能是產生上述現(xiàn)象的原因,由于這種現(xiàn)象的存在沒有引起除磷效果的顯著變化,故在本試驗中并沒有詳細進行反應機理的研究。中試重點對不同pH、海水不同投加量(確定使用印染廢水是否影響海水的投加量)時除磷效果和沉淀物的沉降性能、運行成本以及對生物處理工藝的影響五個方面進行對比試驗,以確定印染廢水能否代替NaOH溶液。

2·印染廢水與NaOH的動態(tài)中試對比試驗

2·1試驗材料

(1)印染廢水。取自青島市鳳凰美昊,pH12.93,電導率4 000 mS/cm,TP 7.2 mg/L,NH₃—N 32.9 mg/L,COD_Cr4 500 mg/L,BOD₅900 mg/L。

(2)污泥上清液。取自李村河污水處理廠現(xiàn)場,不經沉淀直接用于中試。污泥上清液中PO ₄^3--P的濃度見表3。

(3)海水。取自李村河污水處理廠毗鄰海域,含鹽量30 mg/L,pH 7.85,電導率14.25 mS/cm,Mg ²⁺1 280 mg/L,Ca ²⁺400 mg/L,PO ₄^3--P0.19 mg/L。

2.2試驗裝置

利用有機玻璃制造初沉池、反應池以及二沉池等主體構件,各部分形狀、基本流程如圖1所示,其容積分別為:20 L、25 L、25 L。

2.3對比試驗

2.3.1NaOH和印染廢水在不同pH和不同海水投加比例時除磷效果對比

在溫度20℃,海水投加比例為1∶5,反應時間20 min,體系pH為9~10.5時,以0.5個單位為間隔設置4個不同的梯度,分別使用NaOH和印染廢水調節(jié)體系pH時除磷效果對比(見表4)。在溫度20℃體系,pH為10.5,反應時間20 min,海水投加比例為1∶2、1∶5、1∶10、1∶20,考察不同的海水投加量時NaOH和印染廢水除磷效果的影響對比(見表5)。

由表4可以看出,印染廢水調節(jié)pH除磷效果均略有降低,但仍然可以滿足要求。由表5可知,使用印染廢水無需改變海水投加比例,其除磷效果與使用NaOH時相當。因為海水的加入量使得體系中的Ca2+、Mg2+相對于磷酸鹽都為過量,可以保證污泥上清液中的磷酸鹽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較 取中試裝置反應池出水進行沉降試驗:將反應池出水攪勻后置于100 mL量筒中,分別得到的沉降比趨勢如圖2、圖3。由于使用印染廢水時,沉淀物的沉降比較快,故將其記錄間隔以2 min為主。通過比較可以看出使用印染廢水在10 min后SV變化十分緩慢,使用NaOH時要在20 min后變緩,從沉降性能上比較使用印染廢水更好,有利于生產實踐時減小構筑物的體積,減少占地面積;但是使用印染廢水產生的沉淀物更多,約是使用NaOH時的3倍,會增加沉淀物的處理費用,成本比較詳見2.1節(jié)。

2.4處理成本比較

以中試數(shù)據為基礎,對比了投加不同混凝劑除磷的成本,結果見表6。

通過表6可以看出海水+印染廢水強化除磷費用更低,適合在沿海城市污水處理廠應用。

2.5使用印染廢水調節(jié)pH對生化處理段水質的影響

將最優(yōu)條件下的中試出水與污水處理廠進水按照1∶18混合(該廠設計進水9萬m3/d,污泥上清液約3 500 m3/d,則海水使用量為700 m3/d,印染廢水投加量為800 m3/d),與原污水處理廠污泥上清液回流之后的取樣點水樣進行比較,考察主要參數(shù)的變化情況和對生物處理工藝的影響(見表7)。

由表7可以看出,采用印染廢水調節(jié)pH的海水混凝法強化除磷技術可有效降低TP含量,有利于污水處理廠出水TP的達標,而其他幾項數(shù)值變化不大,不會對污水處理廠的生物處理工藝產生負面影響。

3·小結

(1)沿海城市污水處理廠應用海水混凝法強化除磷技術時可以使用印染廢水代替NaOH,既能降低運行成本,又能減少占地面積。

(2)使用印染廢水調節(jié)體系pH,pH控制在10~10.5,海水投加比例控制在1∶10~1∶5,效果較佳。

(3)印染廢水調節(jié)pH產生的沉淀物應進行成分分析看其有無回收利用的價值,以便進一步降低運行成本。今后應研究兩者的反應機理,是否可因此找到一種有效處理印染廢水的新方法。

參考文獻

1·劉浩,杜海波,牟潤芝,等.海水混凝法強化除磷的試驗研究.中國給水排水,2008,19(10):25~27

2·于宗赫,孟凡平,劉浩,等.投加海水化學沉淀法去除污泥脫水液中的磷酸鹽.中國海洋大學學報,2006,(1):156~160

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