改性硅藻土的多级A／O工艺除磷优化及尾水深度除磷

马翠，何争光，张碧晰

（郑州大学 水利与环境学院，河南 郑州450001）

水体中的氮磷是微生物的营养源，大量的含磷废水排入水体，引起水体富营养化，最终导致水体出现水华和赤潮现象［1］.目前，常用的除磷工艺有化学沉淀法、生物法、吸附法等.其中化学沉淀法产生大量难于脱水污泥，生物法除磷通常出水水质不稳定.吸附法具有较快吸附速度及较强抗干扰能力，成为近年来研究的热点［2］.吸附法主要是利用具有大比表面积的吸附材料进行磷的快速吸附.硅藻土就是具有特殊的微孔结构和较大的比表面，表面通常带负电荷［3］.加入适量的金属阳离子制成改性的硅藻土，将其定量投加到污水中后，通过脱稳絮凝、物理吸附、沉淀反应等，有效去除废水中的磷［4］.本文将改性之后的硅藻土应用于多级A／O工艺，探讨除磷效果，为生产实践提供帮助.

1 硅藻土的改性

1.1 实验装置

采用多级A／O工艺的试验装置，如图1所示.图1中：A为缺氧区；O为好氧区；Q为液体流量计；A／O工艺为4级，每级均有缺氧段和好氧段连接组成，其容积比为2∶3.运行参数各级进水流量均相同，总进水流量为144L·d－1；水温为20℃左右（用恒温加热器控制）；水力停留时间平均为12h；污泥回流比定为50%；多级A／O工艺的反应器中污泥质量浓度为3.3g·L－1左右.

图1 多级A／O工艺装置示意图Fig.1 Schematic diagram of multistage A／O process

机械搅拌澄清池的试验装置，如图2所示.图2中：A为第一絮凝室；B为第二絮凝室；C为导流室；D分离室.

图2 机械搅拌澄清池的装置示意图Fig.2 Schematic diagram of mechanical clarifier

1.2 试验方法及步骤

采用氯化铁、PAC对硅藻土（天津光复试剂厂）改性，通过最终除磷效果确定最佳投配比及最佳实验工况.

1）取硅藻土原土和浓盐酸（pH＝0.1）按1∶6的固液比混合并搅拌12h，用蒸馏水冲洗至中性，110℃下干燥2h，研磨过100目分目筛，得酸洗硅藻土.

2）采用表面结构法对硅藻土进行改性.用磷酸二氢钾水溶液调配模拟含磷污水，pH值为中性，反应时间30min，温度为室温，沉淀时间45min，投加量为0.1mg·L－1.取不同投加量的氯化铁、PAC及酸洗硅藻土进行复配，分别测其对磷的去除率，以确定最佳复配比［5］.

2 多级A／O出水的除磷效果

2.1 曝气量对除磷效果的影响

在保证化学需氧量（chemical oxygen demand，COD）和氨氮去除效果的前提下，在一定范围内调节曝气量，研究其对除磷效果的影响［6］.在反应器运行过程中，维持进水COD值约为310mg·L－1，总氮约为80mg·L－1，总磷约为5.2mg·L－1，进水m（C）／m（N）约为3.8，是低碳氮比污水［7］.本次试验选取的曝气量分别为0.7，0.5，0.3m3·h－1［6，8］，不同曝气量条件下稳定运行15d，研究其对总磷去除效果的影响，结果如图3所示.

图3 不同曝气量下的总磷去除效果Fig.3 Total phosphorus removal under different aeration rates

从图3可以知道：进水总磷质量浓度为4.32～6.11mg·L－1，出水总磷质量浓度为2.33～3.97 mg·L－1，曝气量为0.7，0.5，0.3m3·h－1时的平均除磷率分别为32.67%，38.37%，44.88%；随着曝气量的降低，除磷率略有上升，但整体来说总磷的去除率不高.

2.2 m（C）／m（N）对除磷效果的影响

在保证COD和氨氮去除效果前提下，一定范围内调节m（C）／m（N），研究其对除磷效果的影响.在反应器运行过程中，将曝气量调整为0.6m3·h－1，维持氨氮约为70mg·L－1，总磷约为5.2mg·L－1，通过改变淀粉的投加量来控制COD浓度，进而达到调节m（C）／m（N）的目的［9］.本次试验调节m（C）／m（N）分别为3，4，6，8，不同m（C）／m（N）下稳定运行15d，研究其对总磷去除效果的影响结果，如图4所示.

图4 不同m（C）／m（N）下的总磷去除效果Fig.4 Total phosphorus removal under different m（C）／m（N）ratios

由图4可知：随着m（C）／m（N）的增大，除磷率稳定上升，但在最高除磷率的情况下，出水总磷的平均质量浓度为1.55mg·L－1，达不到一级A排放标准，因而通过深度处理来去除生化出水中的磷是十分有必要的.

3 对多级A／O出水的深度处理

3.1 投加量对尾水的影响

本试验选取投加量分别为100，200，300，400，500，600mg·L－1，进水流量为30L·h－1，搅拌速度为12r·min－1时，研究机械搅拌澄清池对多级A／O工艺二沉池出水的处理效果，每种投加量下稳定运行7d，总磷的去除效果，如图5所示.

图5 不同投加量下尾水中总磷的去除效果Fig.5 Removal efficiency of total phosphorus from tail water at different dosages

由图5可知：随着投药量的不断增加，机械搅拌澄清池对多级A／O工艺二沉池出水中总磷的去除率一直在升高；在投加量为500mg·L－1时，出水磷的平均值为0.46mg·L－1，已达到排放标准.

3.2 停留时间对尾水的去除影响

停留时间的大小决定了尾水在机械搅拌澄清池中的停留时间的长短，因而是重要的参数之一［10］.试验选取停留时间分别为1.0，1.5，2.0，2.5h，改性硅藻土的投加量均为500mg·L－1，搅拌速度均为12r·min－1，研究机械搅拌澄清池对多级A／O工艺二沉池出水的处理效果，每种停留时间下稳定运行7d，其对总磷的去除效果，如图6所示.

由图6可知：随着停留时间的增大，机械搅拌澄清池对多级A／O工艺二沉池出水中总磷的去除率不断升高，但升高的趋势在逐渐减缓，在停留时间为1.5h时，出水磷已达到排放标准.

3.3 搅拌转速对尾水的去除影响

机械搅拌速度是改性硅藻土混凝反应的强度和装置内泥渣循环量的直接反映，是装置的另一个重要的参数［11］.试验选取搅拌转速分别为10，12，15r·min－1，改性硅藻土的投加量均为500mg·L－1，停留时间均为1.5h，研究机械搅拌澄清池对多级A／O工艺二沉池出水的处理效果，不同搅拌转速下稳定运行7d，其对总磷的去除效果，如图7所示.

图6 不同停留时间下尾水中总磷的去除效果Fig.6 Removal efficiency of total phosphorus from tail water at different hydraulic retention times

图7 不同搅拌转速下尾水中总磷的去除效果Fig.7 Removal efficiency of total phosphorus from tail water at different speeds of stirring

由图7可知：搅拌转速对装置处理多级A／O工艺二沉池出水的总磷去除率的影响较大，过大或过小，都会影响除磷效果；在机械搅拌转速（v）为12r·min－1时，除磷率相对较高.

3.4 经济分析

对于污水处理，改性硅藻土药剂投加量一般为50mg·L－1，市场价格为2 000元·t－1，折合成单位污水处理的药剂费用为0.1元·t－1；铁盐药剂投加量一般为60mg·L－1，市场价格为2 400元·t－1，折合成单位污水处理的药剂费用为0.14元·t－1；PAM药剂的投加量一般为10mg·L－1，市场价格为24 000元·t－1，折合成单位污水处理的药剂费用为0.24元·t－1［12］.

由此可以看出：改性硅藻土较为经济；而且采用改性硅藻土最终产生的污泥与另外药剂产生的污泥相比，脱水性能较好，从而节省了污泥的处理费用；处理之后含有硅藻土的污泥也可易回收利用，前景广阔.

4 结论

1）试验选取的曝气量为0.7，0.5，0.3m3·h－1，研究不同曝气量对总磷去除效果的影响，进水总磷质量浓度为4.30～6.11mg·L－1，出水总磷质量浓度为2.33～3.97mg·L－1.随着曝气量的降低，除磷率略有上升，但总的说来总磷的去除率较低.

2）试验调节m（C）／m（N）分别为3，4，6，8，随着m（C）／m（N）的增大，除磷率稳定上升，但在最高除磷率的情况下，出水总磷的平均质量浓度为1.55mg·L－1，不能达标排放，因此，通过深度处理是十分有必要的.

3）采用机械搅拌澄清池，深度处理尾水时，改性硅藻土的投加量、进水流量、搅拌转速都会影响装置的去除效果.在兼顾经济的原则下，在投加量为500mg·L－1，停留时间为1.5h，机械搅拌转速为12 r·min－1时为最佳工况.此时，对总磷的去除率分别为79.06%，出水总磷小于0.5mg·L－1，达到了一级A的排放标准.

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