离子型稀土矿山氨氮废水处理方法探索性中试研究

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）。