高孔藻基净水剂在深度处理污水工艺中的应用研究

李建军，闭伟宁，杨 勇，陈远光，谢宝龙，黄西平

(1. 南方锰业集团有限责任公司，广西 南宁 530022；2. 南方锰业集团有限责任公司大新锰矿分公司，广西 崇左 532315；3. 自然资源部天津海水淡化与综合利用研究所，天津 300192)

0 前 言

在经济快速发展的今天，环保问题，特别是污水处理已成为研究的热点。由于实际的污水情况各不相同，针对不同的处理需求，如何选取合适的处理工艺以满足更优的排放标准是目前研究的难点[1-2]。

高孔藻基净水剂由不导电的非晶体二氧化硅硅藻壳体和超导的硅藻纳米微孔组成，可在硅藻表面形成不平衡电位和外墙电位。在使用时，将高孔藻基净水剂按一定比例投入好氧池，高孔藻基净水剂与污水充分混合后[3-6]，硅藻表面的不平衡电位能破坏污水中电离子圈，并中和悬浮离子的电性，促使水中的污染物快速物理絮凝、沉淀，同时利用硅藻具有的比表面积大、孔体积大和吸附力强等特点将超细微粒物质吸附到硅藻表面，形成链式结构，瞬间下沉与水体分离[7-9]。高孔藻基净水剂的作用机制主要有4个方面：物理絮凝作用、物理吸附作用、生物载体协同作用和污泥脱水作用[10-11]。

开发出了以天然矿物材料为基体的高孔藻基复合净水剂，该净水剂具有比表面积大、吸附性能强、安全无毒等特性。在深度处理阶段投加高孔藻基复合净水剂，可通过电位作用使生物污泥以高孔硅藻矿物为凝结核进行聚集，形成大颗粒物质，改善污泥的沉降效果。研究选取大新某企业厂区污水处理厂污水作为处理对象，应用高孔藻基净水剂优化深度处理工艺使其出水水质稳定达到国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标准且总体优于现行工艺。

1 试验方法及过程

1.1 试验方法

将高孔藻基净水剂植入污水处理厂的生化系统进行强化处理。

1.2 试验过程

1.2.1 高孔藻基净水剂植入流程

在污水厂选定一个正常独立运行的生产线(2号系统)，先排出2号系统20%～30%的污泥量(需要说明CAST池的容量或者污泥总量)，后将高孔藻基净水剂配置成浓度为5%～7.5%的溶液，在CAST池预曝气开始至曝气结束期间均匀持续投加，使高孔藻基净水剂能与现有活性污泥充分混合。

1.2.2 污水处理过程

首先在2号系统连续投加高孔藻基净水剂16 d(1号系统为对照组)，共投加约2 t高孔藻基净水剂，对生化系统的活性污泥进行高孔藻基净水剂活性污泥的改造，之后7 d以25 kg/d(1包)的剂量开始投加高孔藻基净水剂，并检测2号系统以及未添加任何净水剂的1号系统(1号系统的处理状况如何需要说明)中的COD、TP、氨氮、总氮、SS、污泥浓度及SV30等指标并进行对比。

2 结果与讨论

2.1 污泥浓度指标

试验期间污泥浓度情况见图1。

图1 试验期间污泥浓度情况

从图1数据经线性拟合可以看出，随着时间的推移，投加高孔藻基净水剂的2号系统内污泥浓度增长速度明显低于对照组1号系统(21日下午5点后排泥，后续污泥浓度会降低)。此外，2号系统的污泥浓度从6月14日的7 570 mg/L经3 d迅速增长至8 766 mg/L，涨幅达到1 200 mg/L，这证明投加高孔藻基净水剂的生化池在抑制污泥增速方面成效显著。

2.2 污水SV30统计指标

试验期间SV30变化情况见图2。

图2 试验期间SV30变化情况

从图2中数据经线性拟合可以看出，随着时间的推移，投加高孔藻基净水剂的2号系统的SV30沉降效果要优于未投加的对照组1号系统，且数值维持在较平衡水平，沉降比增速缓慢。

2.3 出水COD指标统计

试验期间出水COD变化情况见图3。

图3 试验期间出水COD变化情况

由图3可知，投加高孔藻基净水剂的2号系统总体COD指标要优于1号系统。

2.4 出水TP指标统计

试验期间出水TP变化情况见图4。

图4 试验期间出水TP变化情况

由图4可知，投加高孔藻基净水剂的2号系统总体COD指标近似于1号系统。

2.5 出水氨氮指标变化统计

试验期间出水氨氮变化情况见图5。

图5 试验期间出水氨氮变化情况

由图5可知，投加高孔藻基净水剂的2号系统总体氨氮指标要优于1号系统。且2号系统的氨氮指标在后期均在0.5 mg/L以下。

2.6 出水TN指标变化统计

试验期间出水TN变化情况见图6。

图6 试验期间出水TN变化情况

由图6可知，投加高孔藻基净水剂的2号系统总体TN指标近似于1号系统。

2.7 污水处理综合情况分析

1)前期顺利完成对2号生化系统的活性污泥进行了高孔藻基净水剂活性污泥的改造。从6月13日开始1号、2号系统均未排泥，其间2号系统污水中污染物实际增长了约2 100 mg/L，而1号系统增长了约3 000 mg/L，污泥减量达到30%，污泥增长速度明显高于2号试验系统。

2)监测1号、2号系统的SV30数据可知：1号系统的沉降比随着时间的推移增速较快，而投加高孔藻基净水剂的2号系统一般维持在初始时的50%左右，数值较为稳定。

3)投加高孔藻基净水剂的2号系统出水在TP、COD及氨氮指标上总体要优于1号系统出水。试验数据表明，当高孔藻基净水剂投加量为3～5 mg/L时即对总磷具有良好去除效果，且出水效果接近一级A排放标准，可替代PAC使用。

3 结 论

1)植入高孔藻基净水剂作为生物载体，改善活性污泥后，保持并提升了系统对部分污染物(如TP、COD及NH3-N)的去除效率。

2)采用高孔藻基净水剂优化污水净化工艺，系统中的有机物在生化处理过程中消解的效率大于未植入前，污泥增长速度明显放缓，污泥产量预计减少5%～30%。

3)通过使用高孔藻基净水剂，药剂运营成本并未增加，且在保证出水水质达标的同时可大量节省污泥处理费用，技术性及经济性均可行。