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沸石在生物法水处理中的应用

发布时间:2019-07-29     浏览次数:5833

沸石基质应用于生物法水处理中,多以沸石粉或粒径小的沸石颗粒直接投加在生物反应池中。沸石基质在生物法中的应用,不但应用于传统的连续流活性污泥法、间歇式活性污泥法,还可应用于近年来较热门的膜生物反应器中。

针对沸石强化A/O生物脱氮-同步化学除磷工艺中有机污染物的降解,在上海某污水处理厂进行了中试研究。中试工艺流程图如图1所示。实验结果表明:

①当沸石投加于活性污泥中挂膜后,含沸石的活性污泥兼有微生物和沸石的特点,即能吸附、降解易生物降解有机污染物,又能吸附、附着并缓慢降解难生物降解有机污染物;

②含沸石活性污泥的异氧菌较常规A/O生物脱氮工艺污泥的异氧菌高数倍至55倍,其有机污染物的生物降解能力得到改善,而且有持续降解难降解有机污染物的能力。


对上述工艺中含沸石活性污泥的特性进行了实验研究,实验结果显示:沸石的投加,降低了污泥的比阻,提高了污泥的水通量,改善了污泥膜分离效果,有利于钝化污水中的重金属,吸附污水中的难降解有机物,同时也改变了污泥的成分,显著增加了Si、Al、K、Na等无机组分。因此,含沸石污泥可作为建筑材料或林木花卉的基肥资源化利用。由于含沸石污泥中固定有重金属,所以不可用于农业种植。

图2所示,常规SBR,沸石-SBR运行模式相同为:缺氧进水(2h)/厌氧搅拌(2h)/好氧搅拌(6h)/沉淀(1h)/排水、闲置(1h),两实验装置的唯一区别在于沸石-SBR装置中每天投入600mg的沸石(约240mg/L),所投加的沸石粒径为0.15mm。通过测定一个运行周期内水溶液及固体内NH4+2N、NO2-2N、NO3-2N浓度,发现沸石-SBR反应

器中形成的沸石-活性污泥絮体在缺氧进水阶段吸附氨氮,在好氧搅拌阶段可通过硝化作用实现沸石的生物再生,但常规SBR和沸石-SBR的脱氮能力相当约为70%。为进一步提高脱氮能力,改进型沸石-SBR反应器的运行模式(图3)调整为好氧搅拌(6h)/缺氧进水(2h)/厌氧搅拌(1。8h)/好氧搅拌(0。2h)/沉淀(1h)/排水闲置(1h)。

由图4可知,改进型沸石-SBR反应器利用沸石的吸附性能将溶解态的氨氮转移到沸石中以降低出水中总氮浓度,而进水前好氧搅拌将上一周期吸附在沸石中的氨氮硝化同时实现沸石的再生,随后通过缺氧进水阶段反硝化脱氮。在同样的HRT和SRT条件下,污水脱氮率可从70%提高至82%。从该实验可得出脱氮的新思路,即利用沸石的吸附性能,将液态氮转移到固态沸石中,既保证水质达标又可在下一周期将氨氮通过硝化、反硝化反应去除。

针对MBR反应器易发生膜污染和脱氮效率不稳定的特点,研究了投加天然斜发沸石粉末对淹没式重力过滤MBR反应器的膜渗透性的影响,以及反应器去除COD、NH32N、TN效率的影响。实验结果表明,沸石的投加可明显降低膜污染,其原因为MBR反应器中的沸石可在膜表面形成更密实,不易压缩的保护层,溶解性的有机污染物直接分别构建了常规SBR,沸石-SBR以及改进型沸石-SBR,研究三套SBR装置的污水脱氮效果。三套装置的运行模式分别见图2、图3。

○-液相NH4+2N,□-固相NH4+2N,△-液相NO2-2N

-液相NH3-2N,RT-反应阶段,AF-缺氧进水阶段,

AN-厌氧阶段,ST-沉淀,D&I-排水&闲置图4改进型沸石-SBR中污染物浓度变化曲线被沸石吸收或被污泥吸收后吸附在沸石表面,避免了胶体或溶解性污染物与膜孔间的直接作用。同时,由于沸石本身具有吸附氨氮的能力,以及沸石投加后在MBR反应器内形成好氧-缺氧共存的微环境更有利于同步硝化反硝化的进行,因此,投加沸石后反应器的脱氮效率可达46%,而未投加沸石反应器的脱氮效率仅为21%。

沸石基质,由于具有良好的吸附和离子交换性能,可与现有的污水处理系统相结合,提高原系统的处理能力:

(1)沸石可作为填料,用于构建人工湿地、生物滤池进行有机物、氮污染的去除,还可作为复合填料用于受污染河道的修复。在去除污染物的同时,可实现沸石生物再生。

(2)沸石可将粉末状或小颗粒的形式直接投加在生物法水处理构筑物中。应用于连续流A/O工艺中可加强污泥降解难降解有机污染的能力;应用于SBR中,可利用沸石对氨氮的吸附特性,将液态氮转移到固态沸石中,既保证水质达标又可在下一周期将氨氮通过硝化、反硝化反应去除,提出了脱氮的新思路;应用于MBR中既可降低膜污染,又能提高氮的去除效率。

此外,投加有沸石粉末的活性污泥,污泥成分中显著增加了Si、Al、K、Na等无机组分,可作为建筑材料或林木花卉的基肥资源化利用。因此,如何将新型环保材料如沸石等矿物材料与水处理工艺联合使用来改进现有工艺或构建新工艺将具有一定的应用前景。

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