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离子型稀土矿山氨氮废水处理方法探索性中试研究

2023-01-11欧阳慧唐谷修

湖南有色金属 2022年6期
关键词:碳源稀土氨氮

欧阳慧,唐谷修

(五矿稀土江华有限公司,湖南 永州 425500)

稀土矿山氨氮废水的处理主要有化学沉淀法、吹脱法、折点氯化法、膜分离法、生化法等方法[1]。化学沉淀法俗称鸟粪石法,它对氨氮的去除效果差、处理成本高,产生大量剩余污泥,投加药剂引入的氯离子会造成二次污染。吹脱法操作简单,易于控制,但吹脱出来的氨氮会形成二次污染。折点氯化法效果稳定、反应速度快,对水体起到杀菌消毒的作用,但成本高,产生的氯气或氯离子会造成二次污染。膜处理操作简便、处理效果稳定,但易结垢堵塞,反洗频繁,且换膜成本高。生化法处理氨氮废水,操作简单、成本较低,不产生二次污染。但微生物受温度影响,温度低时,处理效率低。受金属离子、稀土离子的影响,对微生物有压制作用,所以在生物法之前进行预处理,减少其干扰因素。

在当今化工原料价格上涨的市场行情下,生化法处理工艺实现了处理效果好且无二次污染。

1 原理及过程

1.1 原理及处理流程

生化法处理原理是,首先通过调整pH值,去除矿山尾水中杂质元素。生化法是在微生物作用下,经过硝化和反硝化反应将废水的氨氮转化成氮气,达到废水治理的目的。处理流程如图1所示。

图1 废水处理流程

通过去除水中少量金属离子,沉降并回收稀土。对低C/N比氨氮废水,通过不同的温度下、投加不同的碳源、调节pH值,研究微生物的最佳降解能力,预防污泥老化,达到低成本有效去除氨氮的目的。

1.2 主要原料

1.低浓度氨氮废水,其成分化验结果见表1。

表1 废水成分化验结果

2.葡萄糖、乙酸钠、片碱、纯碱,均为25 kg/包,工业纯。

3.高分子阳离子絮凝剂,分子量≥1 200万。

1.3 主要仪器、设备

1.推进式桨叶搅拌机,D=1 500 mm,N=5.5 kW。

2.pH调整池,规格:18方,数量1个。

3.便携式pH计,规格:雷磁PHB-4,数量1个。

4.哈希便携式分光光度计,规格:DR1900。

5.哈希消解器,规格:DRB200,数量1个。

6.生化反应池,规格:380方,数量1个。

7.斜板沉降池,规格:材质PP,孔径80 mm。

8.叠螺脱水机,规格:Q=5~8 m3/h,N=1.5 kW,数量1台。

9.恒温鼓风干燥箱,规格:101-3S,功率3 kW,精度±1℃,1台。

2 试验结果及讨论

2.1 最佳pH的选定

废水中片碱的加入量与废水的酸度有关,废水pH值越低,所消耗的片碱越多。废水中的主要杂质氧化稀土、三氧化二铝和铁的去除程度与废水的pH值有紧密联系。试验温度为常温,时间为30 min,缓慢加入20%的片碱溶液,1‰的PAM絮凝剂,充分搅拌后,经初沉池进行斜板沉降。不同的pH值条件下,氧化稀土、三氧化二铝和铁含量沉降效果如图2所示。从图2可知,随着pH值的增高,氧化稀土、金属杂质三氧化二铝和铁的含量明显降低。溶液中生成白色的沉淀物,主要是稀土离子和铝离子的絮凝沉淀物。当pH值为8时,氧化稀土、金属杂质三氧化二铝和铁低于3 mg/L。通过前端的预处理,稀土能得到有效回收,金属杂质同步去除,减少了水质中的杂质成分对后端生物化学反应的干扰因素。

图2 pH值变化对稀土和金属杂质的影响

2.2 温度对生化处理的影响

生化系统按照间歇式CASS工艺运行,温度对生化处理起着至关重要的作用,温度很大程度地影响活性污泥中的微生物活性程度,并且对诸如溶解氧、曝气量等产生影响[2]。以中温细菌为主,其最适温度为20~37℃,低温会使微生物的代谢活力降低,进而处于生长繁殖停止状态,但仍保存其生命力。

以葡萄糖为碳源,在pH值7.8的环境下,考察不同温度下氨氮和总氮的去除效果,结果如图3所示。从图3可知,随着温度的升高,生化处理效果越好,氨氮和总氮浓度越低。

图3 温度变化对生化处理的影响

2.3 不同碳源的加入对生化处理的影响

SV30是指1 000 mL好氧池混合液静置沉淀30 min产生的污泥量。好氧池SV30值的大小决定了好氧池污泥浓度的高低。污泥的泥龄一般为15 d左右,SV30太低,污泥中菌种生长速度太慢,不利于污泥的更换,污泥老化,处理效果会降低。碳源配比对SV30的影响如图4所示。从图4可知,碳源配比对SV30影响较大。

图4 碳源配比对SV30的影响

乙酸钠作为单一碳源,SV30较低,污泥量少。葡萄糖作为单一碳源,SV30增长快,菌种滋生较快,污泥量产生较多。选择乙酸钠和葡萄糖不同配比投加,控制好SV30在250 mL左右,定时排泥,保持污泥新老更换,尽量把污泥量降至最低,降低工人的劳动强度,保持生化处理的效果。

碳源配比对氨氮、总氮的影响如图5所示,从图5可知,碳源的配比对氨氮和总氮的降解影响不大,投加碳源,氨氮和总氮降解率能达到94.7%以上。乙酸钠的含碳量为29.26%,葡萄糖的含碳量为39.96%,均匀持续地加入碳源,都有较好的降解效果。

图5 碳源配比对氨氮、总氮的影响

2.4 废水处理站污泥物理性质及化学成分分析

为了提高沉淀效果,减少用地面积,采用蜂窝斜管异向流沉淀池对好氧池处理后水进行沉淀。底泥排至污泥池进行脱水。污泥含水率为80%~85%,一般为黑色,不粘手,放置久了会变黄色,原因是污泥的细菌主要是厌氧菌,曝露空气中,与氧气接触,产生了好氧菌。取污泥样在100℃的温度下烘干2 h,检测其主要成份,结果见表2。

表2 污泥半定量分析 %

处理后的废水REO浓度检测结果为微,从表2可以看出,污泥中含有一定量的稀土,废水中的稀土元素基本上富集在污泥中,有利于续回收。

3 结 论

通过预处理和生化处理相关中试数据,可以得出以下几点结论:

1.通过预处理:对稀土元素进行回收,降低废水中的金属含量,去除悬殊物和泥沙,出水清澈,为后端生化减少了干扰因子,提供了水质保证。

2.温度影响:不同温度对生化处理效果有较大的影响。温度低生化处理效果较差;温度高处理效果明显较好。

3.碳源配比:投加碳源的不同,硝化、反硝化处理效果稳定,都能取得较好的降解效果。碳源配比对SV30影响较大,不同的碳源污泥浓度不同。加入乙酸钠污泥浓度低,污泥量少。加入葡萄糖,污泥浓度高,污泥量多。

中试试验表明,经过预处理的水体,温度20℃以上,在最佳的碳源配比下,产生的污泥量少,氨氮降至5 mg/L,总氮降到10 mg/L,出水达到《稀土工业污染物排放标准》(GB 26451-2011)。

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