[炭化活性污泥深度污水处理试验研究]活性污泥污水处理

　　摘要：以产自日本巴工业株式会社的炭化活性污泥为研究对象，考察了该炭化活性污泥与氯化铁复合使用时对污水深度处理的絮凝吸附效果，并研究了各因素对试验的影响情况。结果表明，在ｐＨ值为９，投入１５ ｍｇ／Ｌ氯化铁，２００ ｒ／ｍｉｎ 搅拌１．５ ｍｉｎ，再投５ ｇ／Ｌ炭化活性污泥，６０ ｒ／ｍｉｎ 搅拌１５ ｍｉｎ，水样静置３０ ｍｉｎ的条件下，该复合絮凝剂能使水样出水水质中ＣＯＤ、ＴＰ达到一级Ａ标准，平均浊度去除率达９０％以上，ＮＨ３－Ｎ平均去除率为２５．０７％。
　　关键词：炭化活性污泥；深度处理；复合絮凝剂
　　中图分类号：Ｘ７０３．５文献标识码：Ａ文章编号：0439－８114（２０11）11－2200-04
　　
　　Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｅｆｆｌｕｅｎｔｓ ｗｉｔｈ Ｃａｒｂｏｎｉｚｅｄ Ｓｌｕｄｇｅ
　　
　　ＹＡＮＧ Ｘｉａｏ－ｊｕｎ１，ＷＵ Ｙａｎ－ｈｕａ２，ＬＩＵ Ｔａｉ－ｌｉｎｇ２，WU Chang-cheng3，ＣＡＩ Ｙａ－ｊｕｎ１
　　（１． Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｗｕｈａｎ Ｔｅｘｔｉｌｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｗｕｈａｎ ４３００７３， Ｃｈｉｎａ；
　　２． Ｃｅｎｔｒａｌ ａｎｄ Ｓｏｕｔｈｅｒｎ Ｃｈｉｎａ Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｅｓｉｇｎ ＆ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Iｎｓｔｉｔｕｔｅ， Ｗｕｈａｎ ４３００１０， Ｃｈｉｎａ；
　　3. WISDRI Engineering & Research Incorporation Limited， Wuhan 430223，China）
　　
　　Ａｂｓｔｒａｃｔ： The flocculation absorption effect of carbonized sludge produced by TOMOE Engineering Co.， Ltd. used accompany with FeCl3 was studied. And the factors influencing the experimental results were investigated. The result showed that the COD and TP of effluent could meet standard A in first grade if plunged 15 mg/L FeCl3 when pH was 9， and stirred at 200r/min for 1.5 min， the added 5 g/L carbonized sludge and stirred at 60 r/min for 15 min and standing for 30 min. The average turbidity removal rate was above 90%； while the average NH3-N removal rate was 25.07%.
　　Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｃａｒｂｏｎｉｚｅｄ ｓｌｕｄｇｅ； ａｄｖａｎｃｅｄ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ； ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｆｌｏｃｃｕｌａｎｔ
　　
　　目前，城市污泥已成为现代城市产生的重要废弃物之一。作为城市污泥减量化产物的炭化活性污泥，是污泥稳定化和无害化处理产物，其资源化利用是目前研究的热点。目前，炭化活性污泥已应用于工业废水的除色、重金属吸附处理，并具有良好的处理效果［１－４］；也被用作废气吸附剂、土壤改良材料、园艺用土壤、脱水助剂、融雪材料、脱臭剂和原生活污水的除臭及初级处理等。本研究的炭化活性污泥，产自日本巴工业株式会社，粒径２～５ ｍｍ，呈灰黑色，质轻，无异味，不易变质。目前该产品主要用作土壤改良剂及除臭剂［５］，但还未涉及生活污水深度处理方面的研究。本研究考察了该炭化活性污泥与优选絮凝剂复合使用对污水深度处理的絮凝吸附效果，现将结果报道如下。
　　１材料与方法
　　１．１试验材料
　　试验原水为人工配制，将葡萄糖、硝酸钾、磷酸二氢钾、氯化铵投加到自来水中，水质指标为：COD 53~69 mg/L、TN 18.1~20.4 mg/L、TP 0.80~0.83 mg/L、NH3-N 11.6~12.3 mg/L、pH值7.2~7.5 mg/L。炭化活性污泥，日本巴工业株式会社生产，粒径２～５ ｍｍ。
　　１．２絮凝剂的筛选
　　用５个烧杯分别取１ ０００ ｍＬ原水样，置于混凝搅拌仪下。将硫酸铝、氯化铁、硫酸铁、ＰＡＣ、硫酸铝钾５种絮凝剂各取１０ ｍｇ投入水样中，２００ ｒ／ｍｉｎ 搅拌１ ｍｉｎ，接着以６０ ｒ／ｍｉｎ的速度搅拌１０ ｍｉｎ。静置沉淀３０ ｍｉｎ，取上清液进行水质分析。将上述５种絮凝剂各取１５ ｍｇ，其他试验条件同上；取上清液进行水质分析；筛选絮凝效果较好的絮凝剂，用于后续试验。
　　１．３絮凝剂与炭化活性污泥复合絮凝吸附效果研究
　　１．３．１炭化活性污泥投加量的优化分别将０．０５、０．１０、０．５０、１．００、２．００、５．００ ｇ的炭化活性污泥投入
　　１ ０００ ｍＬ原水样中，再分别投入等量的絮凝剂，其他试验条件同上。筛选絮凝效果最优的投加量。
　　１．３．２炭化活性污泥投加方式的优化在最优配合比投药量前提下，设计了５种不同的投加方式：①同时投加炭化活性污泥和絮凝剂，２００ ｒ／ｍｉｎ搅拌１ ｍｉｎ，然后６０ ｒ／ｍｉｎ慢搅１０ ｍｉｎ；②首先投加絮凝剂，２００ ｒ／ｍｉｎ搅拌１ ｍｉｎ，再加炭化活性污泥，６０ ｒ／ｍｉｎ搅拌１０ ｍｉｎ；③投加絮凝剂，首先２００ ｒ／ｍｉｎ搅拌
　　１ ｍｉｎ，然后６０ ｒ／ｍｉｎ搅拌５ ｍｉｎ，再加入炭化活性污泥，６０ ｒ／ｍｉｎ搅拌５ ｍｉｎ；④投加絮凝剂，首先２００ ｒ／ｍｉｎ搅拌１ ｍｉｎ，然后６０ ｒ／ｍｉｎ搅拌８ ｍｉｎ，加入炭化活性污泥，６０ ｒ／ｍｉｎ搅拌２ ｍｉｎ；⑤投加絮凝剂，首先２００ ｒ／ｍｉｎ搅拌１ ｍｉｎ，然后６０ ｒ／ｍｉｎ搅拌１０ ｍｉｎ，加入炭化活性污泥静置。
　　１．４絮凝效果的影响因素
　　１．４．１ｐＨ值用稀硫酸（水与浓硫酸体积比为1∶1）和氢氧化钠分别将水样的ｐＨ值调到３、５、７、９、１１，然后根据最佳配合投加量和最佳投加方式进行絮凝吸附试验。
　　１．４．２搅拌方式采用Ｌ９（３４）正交试验设计方法，以出水ＣＯＤ、ＴＰ、氨氮和综合去除率为衡量指标。各因素、水平的选取参考了类似烧杯试验的研究成果，根据最佳复合投药量、最佳投加方式及最佳ｐＨ值，按表１设定的不同搅拌速度和搅拌时间分别对水样进行絮凝吸附试验，静置沉淀３０ ｍｉｎ后，测定上清液的水质。
　　１．４．３原水温度由于大部分试验是在冬季进行，原水的温度较低，基本保持在９～１１℃，因此未对水温进行调节。为了考察夏季高温水对絮凝吸附效果的影响，在５月底较热时补做了一次试验，按照最佳复合投药量和最佳絮凝吸附条件对水样进行絮凝吸附试验。
　　１．５多厂区二沉池出水的处理研究
　　考虑到试验配制的原污水水质与实际生活污水水质存在着一定的差异，因此分别从汉西污水处理厂、沙湖污水处理厂、龙王嘴污水处理厂以及武汉纺织大学自备污水处理站取二沉池出水作为试验原水，按照最佳复合投药量和最佳絮凝吸附条件对水样进行试验，沉淀３０ ｍｉｎ后取其上清液测定其浊度、ＣＯＤ、ＴＮ、ＴＰ及氨氮等指标。
本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文 　　２结果与分析
　　２．１絮凝剂的筛选
　　２．１．１１０ ｍｇ／Ｌ投药量的絮凝效果由表２可知，５种絮凝剂絮凝处理污水的试验中，对ＣＯＤ和ＴＰ具有良好的去除效果，但对氨氮和ＴＮ的去除效果不明显。在１０ ｍｇ／Ｌ投药量的前提下，硫酸铝和硫酸铝钾对污水的处理效果较差，硫酸铁和ＰＡＣ都能将一级Ｂ标准污水中ＣＯＤ处理达到一级Ａ标准水平，氯化铁能使处理后的原水中ＴＰ也达到一级Ａ标准［6］。
　　２．１．２１５ ｍｇ／Ｌ投药量的絮凝效果由表３可知，氯化铁对污水的处理效果最佳，能使处理后水中ＣＯＤ和ＴＰ均达到一级Ａ标准水平；同时考虑到氯化铁作为絮凝剂使用时ｐＨ值的适应范围最宽［7］，能与炭化活性污泥在高ｐＨ值条件下复合投加。因此，选用氯化铁作为最优絮凝剂，并确定其最佳投药量为１５ ｍｇ／Ｌ；用于后续试验。
　　２．２絮凝剂与炭化活性污泥复合絮凝吸附效果
　　２．２．１最佳炭化活性污泥投加量的筛选在试验过程中，观察到干燥的炭化活性污泥投入水样后，产生的大量微气泡将部分小絮体带上水面。由表４可知，炭化活性污泥的投药量在５ ｇ／Ｌ时对原水的处理效果最好。复合作用时原水ＣＯＤ下降最大值仅为１３ ｍｇ／Ｌ，处理效果比絮凝剂单独使用时的效果要差，ＮＨ４＋的吸附效果也变差了，但对ＴＰ的去除效果影响不大。这可能是由于炭化活性污泥的投加方式不当引起的。
　　２．２．２炭化活性污泥投加方式的筛选试验结果表明，方式②中出现的絮体数量最多，絮体体积大，絮凝吸附效果最好；方式①最差，后４种方式对ＣＯＤ的去除效果都较方式①明显。方式②效果较优的原因可能是：在该投药方式下，药剂和搅拌转速、搅拌时间的协调性较好，因此絮体不易被打碎；再加上炭化活性污泥对微小的絮体存在一定的吸附现象，在静置的过程中，由于炭化活性污泥释放的微气泡增多，除了大矾花沉淀到底部以外，悬浮的小絮体也被微气泡带到了水面，使得水样出水效果较好（表５）。
　　２．３絮凝效果的影响因素分析
　　２．３．１ｐＨ值由图１可知，氯化铁对ｐＨ值变化的适应性较强。在ｐＨ值为５～１１时，均能起到明显的絮凝作用，水样处理后的ＣＯＤ浓度在３５ｍｇ／Ｌ以下，ＴＰ的去除率也较高。ｐＨ值为９时效果最佳，碱性条件下的处理效果好于酸性。
　　２．３．２搅拌方式由表６可知，最佳的搅拌方式为：慢速反应搅拌速度为６０ ｒ／ｍｉｎ，快速混合搅拌速度为２００ ｒ／ｍｉｎ，慢速反应搅拌时间为１５ ｍｉｎ，快速混合搅拌时间为１．５ ｍｉｎ。从整体上看，尽管搅拌方式的变化对氨氮的去除有影响，但影响的幅度不大，各因素的不同水平之间的平均出水氨氮值相差不到１ ｍｇ／Ｌ。这是因为各因素水平间的变化幅度对于炭化活性污泥吸附氨氮来讲较小。但是搅拌方式的变化对ＣＯＤ及ＴＰ的去除却有较大的影响，这可能是由于试验水温较低，较大的搅拌速度和较长的搅拌时间对絮凝和吸附效果均较好［６］。
　　２．３．３原水温度试验前污水水样ＣＯＤ浓度为５５ ｍｇ／Ｌ，ＴＮ浓度为２０．２ ｍｇ／Ｌ，ＴＰ浓度为０．８１２ ｍｇ／Ｌ，氨氮浓度为１２．０１５ ｍｇ／Ｌ。当体系温度升高至２１℃时进行试验，处理后，出水ＣＯＤ浓度为２４ ｍｇ／Ｌ，ＴＮ浓度为１８．４ ｍｇ／Ｌ，ＴＰ浓度为０．１２８ ｍｇ／Ｌ，氨氮浓度为１０．３３５ ｍｇ／Ｌ。水样中各指标的去除率有所增加，但变化幅度较小，这表明环境体系温度的改变对絮凝吸附效果的影响并不大。
　　２．４多厂区二沉池出水的处理研究
　　由于各污水厂二沉池出水中悬浮物（ＳＳ）含量较人工配制的原水高，因此絮凝吸附效果更显著，各项指标的去除效果较明显（表７）。氯化铁与炭化活性泥复合使用处理实际污水厂出水的效果较好。平均出水水质在COD、TP水平上达到一级A标准，浊度去除率在90%以上，氨氮平均去除率为25.07%。
　　３结论
　　本试验结果表明，在ｐＨ值为９时，先向水样中加入１５ ｍｇ／Ｌ的氯化铁，２００ ｒ／ｍｉｎ搅拌１．５ ｍｉｎ，再向水样中加入５ ｇ／Ｌ的炭化活性污泥，６０ ｒ／ｍｉｎ 搅拌１５ ｍｉｎ，沉淀３０ ｍｉｎ的条件下，复合絮凝剂较氯化铁单独使用时对污水的处理效果明显，炭化活性污泥对氯化铁的絮凝沉淀作用有很强的辅助效果。絮凝吸附效果优良，对原水水质波动的适应性较强，对二级污水厂二沉池出水的处理效果明显，平均出水水质在ＣＯＤ、ＴＰ水平上达到了一级Ａ标准，浊度去除率达９０％以上，氨氮平均去除率为２５．０７％，适合处理ＣＯＤ含量、ＴＰ含量和浊度高，而ＴＮ含量较低的污水。
　　参考文献：
　　［１］ 郭爱民，任爱玲，张冲．制药污水处理厂污泥制活性炭的研究［Ｊ］． 河北化工，２００６（１）：５７－５９．
　　［２］ 方平，岑超平，陈定盛，等． 炭化污泥吸附剂对Ｐｂ２＋的吸附试验研究［Ｊ］． 工业用水与废水，２００８，３９（３）：３７－４０.
　　［３］ 杨雷，蒋文举，孙孝龙，等．添加ＦｅＣｌ３改性污泥活性炭吸附Ｃｕ２＋研究［Ｊ］． 四川化工，２００９，１２（６）：４５－４９．
　　［４］ 柯玉娟，陈泉源，张立娜． 污泥活性炭的制备及其对溶液中Ｃｒ６＋的吸附［Ｊ］． 化工环保，２００９，２９（１）：７５－７９．
　　［５］ 刘则华，刘锡建，陈思浩，等． 日本的污泥处理现状及对策［Ｊ］． 上海工程技术大学学报，２００６，２０（４）：２９１－２９４．
　　［6］ GB18918-2002，城镇污水处理厂污染物排放标准［S］.
　　［7］ 李圭白，张杰． 水质工程学［Ｍ］． 北京：中国建筑工业出版社，２００５．１８２．
　　注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文