硅藻土深度处理煤矿生活污水的中试试验

刘 通

（霍州煤电集团晋北煤业有限公司环保节能中心，山西 忻州 035100）

近年来，随着我国对生态环保问题的重视，污水排放标准越来越高。为降低煤矿企业的成本，寻找一种经济实惠、高效的煤矿生活污水深度处理混凝药剂是非常有意义的。我国有20 亿t 硅藻土的资源，其比表面积大、孔隙率高、吸附性强、化学稳定性好，是一种较为经济实惠的混凝药剂。采用硅藻土为混凝剂对煤矿生活污水的深度处理进行了中试试验，对硅藻土处理二沉池出水污染物的去除效果及影响去除效果的主要因素进行研究[1-6]。

1 试验材料与方法

1.1 试验装置与材料

中试试验地址：晋北煤业公司。该煤矿原有生活污水处理工艺流程如图1。

图1 晋北煤业生活污水处理厂原有处理工艺流程图

原水提升至调节池进行调节并停留沉降；出水自流进入氧化沟，污水在环形沟渠中循环曝气除污；氧化沟出水经配水井进入二沉池，进而进入到中间水池；经泵提升至水力循环澄清池，在此过程中加入混凝剂（PAC 和PAM）进行处理，后期到达无阀滤池处理后进行排放。在该污水处理工艺中，采用澄清-过滤工艺对污水的TP 和SS 进行深度处理，深度处理部分设计有两座水力循环澄清池和两座重力式无阀滤池。中试试验主要是采用硅藻土作为混凝剂取代以往深度处理工艺中的PAC 和PAM 混凝剂。试验在工艺流程中的第一座水力循环澄清池中进行，如图2。

中试试验所用硅藻土产自河北石家庄，表观密度为0.45～0.55 g/cm3，比表面积为53～58 m2/g，硅藻大部呈现圆筛状，小部呈现小环状，化学成分主要为SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO。硅藻土为混凝剂，湿式投入。

中试试验采用二沉池出水，水质：pH 为6.99～7.13，COD 为 24.6～39.8 mg/L，SS 为15.2～18.7 mg/L，总氮为9.23～10.89 mg/L，总磷为0.98～1.72 mg/L，氨氮为1.87～2.62 mg/L。

1.2 试验方法

（1）工艺启动阶段。通过在进入水力循环澄清池前的管道中大量投加硅藻土，在水力循环澄清池快速形成悬浮层，进水流量稳定在290 m3/h。

（2）污染物去除效果分析阶段。水力停留时间HRT 为2.09 h，湿法投加硅藻土，硅藻土投加量为50 mg/L，排泥控制污泥沉降比为17%～19 %时，在溶药箱与自来水混合，采用计量泵进行定量投加，研究药剂对污染物去除效果。

（3）工艺参数分析阶段。确定其他工艺参数不变，采用单因素法研究HRT 和硅藻土投加量对COD 和总磷去除效果的影响。

2 结果与分析

2.1 污染物去除效果

调整中试试验进水流量为320 m3/h，此时HRT为2.01，硅藻土投加量为50 mg/L，反应池连续运行2 d。检测出水水质：COD 为13.78～15.23 mg/L，平均去除率56.3%；SS 为6.92～9.88 mg/L，平均去除率53.7%；总氮为8.12～8.93 mg/L，平均去除率14.4%；总磷为0.33～0.41 mg/L，平均去除率69.7%；氨氮为1.45～2.33 mg/L，平均去除率27.1%。

从中试试验数据可知，硅藻土作为混凝剂对COD、SS、总磷的去除率较高，去除效果较理想；对氨氮、总氮的去除率较低，去除效果不佳。硅藻土作为混凝剂与污水充分混合后，可以通过化学絮凝沉淀、吸附作用高效去除污水中的COD、SS、总磷，硅藻土悬浮层还具有过滤功效，处理后的水质能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）一级A 排放标准。

在中试反应池中，污水中的氨氮和总氮仅仅能依靠硅藻土的吸附作用进行部分去除，其去除率仅为27.1%、14.4%。氨氮和总氮可依靠后期的硝化作用和反硝化作用进行去除。

中试试验过程中，水力循环澄清池排泥量和排泥频率与原来投加PAC 和PAM 作为混凝剂时几乎相同，设备操作参数设置一致，带式压滤机压滤后的泥饼含水率下降1%左右。

从以上分析可知，采用硅藻土作为晋北煤业生活污水处理厂原有处理工艺深度处理单元中的混凝剂是可行的，其对COD、SS、总磷去除效果较为理想。

2.2 影响去除效果的因素

2.2.1 HRT 对去除效果的影响

确定其他参数相同的情况下，设置进入水力循环澄清池的流量分别为240 m3/h、270 m3/h、310 m3/h、350 m3/h、390 m3/h 时（HRT 分别为2.35 h、2.09 h、1.82 h、1.61 h、1.45 h），HRT 对COD、TP 去 除效果的影响。

HRT 对COD、TP 去除效果的影响如图3，当HRT 从1.45 增加到2.35 时，出水COD、总磷浓度均呈现缓慢下降趋势，COD、总磷去除率均呈现缓慢上升趋势；在HRT 为2.4 h 时，出水COD、总磷浓度分别为13.25 mg/L、0.36 mg/L，COD、总磷去除率为58.7%、68.9%。从中试试验数据可知，HRT对COD、总磷去除率的影响表现为正比例关系，基于硅藻土在水力循环澄清池的反应容积及处理效能的因素，确定最佳HRT 为1.82 h。

图3 HRT 对COD、TP 去除效果的影响

2.2.2 硅藻土投加量对去除效果的影响

确定其他参数相同的情况下，研究硅藻土投加量分别为20 mg/L、30 mg/L、40 mg/L、50 mg/L、60 mg/L、70 mg/L 时，硅藻土投加量变化对COD、TP 去除效果的影响，如图4。

从图4 数据可知，当硅藻土投加量从20 mg/L增加到70 mg/L 时，出水COD、总磷浓度均呈现下降趋势，COD、总磷去除率均呈现上升趋势；在硅藻土投加量为70 mg/L 时，出水COD、总磷浓度分别为13.35 mg/L、0.32 mg/L，COD、总磷去除率为59.4%、72.3%。从中试试验数据可知，硅藻土对COD、总磷去除率的影响表现为正比例关系，基于硅藻土的价格及吨水处理药剂成本因素，确定最佳硅藻土投加量为60 mg/L。

图4 硅藻土投加量对COD、TP 去除效果的影响

3 结论

在晋北煤业有限公司生活污水处理厂进行了以硅藻土为混凝剂的污水处理中试试验，试验结果表明：硅藻土可以作为取代PAC 和PAM 的混凝剂在污水处理的澄清-过滤工艺中对污水进行深度处理；以水力循环澄清池为反应池，采用硅藻土处理二沉池出水后，出水出质：COD 为19.8～22.3 mg/L，平均去除率56.3%；SS 为6.92～9.88 mg/L，平均去除率53.7%；总氮为8.12～8.93 mg/L，平均去除率14.4%；总磷为0.42～0.49 mg/L，平均去除率69.7%；氨氮为1.45～2.33 mg/L，平均去除率27.1%；中试试验确定了最佳工艺参数：HRT 为1.82 h，硅藻土最佳投加量为60 mg/L。