新型铁基纳米材料用于污水生化处理出水中磷的吸附研究与应用

发布时间：2020-04-09 01:33

【摘要】：我国城镇、湖泊、河道正面临磷含量超标带来的种种水环境污染问题。生物法、化学沉淀法、离子交换法、膜分离法等均难以经济高效地去除废水中的磷。在此情况下,吸附法由于占地面积小,工艺简单,操作方便,能适用于多种生物处理法的中小型污水处理厂而备受关注。在吸附法除磷研究中,寻求一种经济高效的吸附材料是开发除磷工艺的关键所在,也是目前研究的热点。(一)通过实际废水动态吸附实验考察FM(新型铁基纳米除磷材料)作为除磷吸附剂的效果,分别研究了FM与三个典型的以厌氧法、生物膜法、活性污泥法为主体工艺的污水处理站联用除磷的效果,所得结论如下:通过对昆山市某两个农村生活污水处理站和苏州某污水处理厂一年度的生化段出水进行动态吸附除磷实验研究发现,工艺不同,各污水处理设施生化段的出水水质也不同,小型的农村生活污水处理站的生化段出水TP浓度较高,在5.98-9.02mg·L~(-1)之间且波动性较大,而大型的城市污水处理厂的氧化沟出水TP浓度则偏低,在1.68-2.65mg·L~(-1)之间且稳定性较好。FM吸附处理以氧化沟为主体处理工艺的大中型城市污水处理厂生化段出水时,当吸附达到耗竭点,磷的总去除率和FM单位吸附量分别为33.24%和9.388mg·g~(-1),均低于FM吸附处理以厌氧池和生物转鼓为主体处理工艺的小型农村生活污水处理站生化段出水的38.04%、19.729 mg·g~(-1)和39.71%、16.959 mg·g~-1。由此可知,FM对典型的以厌氧法、生物膜法、活性污泥法为主要生物处理方式的污水处理厂的生化段出水均有较好的吸附除磷效果。其中FM更适用于生化段出水磷浓度高、水质波动大、水量小的小型农村生活污水处理站.针对不同的处理工艺和规模,在实际应用中可以依据去除效果和吸附材料的利用率的关系来选择合适的设计参数,以求达到更经济高效的处理效果。(二)以苏州某污水处理厂氧化沟冬季出水为实验用水,研究在吸附达到穿透点时,FM的再生能力和重复利用性。再生溶液选用0.1 mol·L~(-1)的NaOH溶液,并在产水量保持不变的情况下,进行5次循环吸附-解吸-再吸附-再解吸实验,所得结论如下:为了充分利用NaOH溶液的再生能力,再生流速设定为吸附流速的0.5倍,为5 mL·min~(-1),进出水方式为下进上出,FM的第一次再生效率为84.14%,再生效果明显。在相同的产水量的情况下,对FM进行吸附-解吸-再吸附-再解吸的5次循环实验,随着吸附-解吸的次数增加,FM的单位吸附量和单位解吸量逐渐降低,但总体仍保持较好的吸附和解吸效果。通过对吸附柱动态再生及重复利用性实验可知,新型铁基纳米除磷材料是一种再生性能良好、可重复利用性高并且无二次污染的吸附材料,具有较高的实际应用价值。(三)通过在南通市江庄村和虹元村建立中试示范工程来研究FM在实际工程中的除磷效果和应用价值,所得结论如下:根据两套中试示范工程一年度的运行数据可知,江庄村和虹元村农村生活污水处理站的进水随运行季节和环境的变化而有一定的波动,但在经过生物转鼓+人工湿地+生态塘+FM除磷罐处理后,出水的各项指标包括氨氮、COD以及TP均满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准。由此可知,新型铁基纳米除磷材料在小型农村生活污水处理站的实际应用中具有较好的处理效果,对优化处理工艺,进一步节省占地面积,减少投资和运行成本具有较高的实际应用价值。
【图文】：

流程图,氧化沟工艺,流程图,氧化沟

应器（SBR）、氧化沟、厌氧-缺氧-好氧（A2O）等[21]。序批式反应器的原理是通过控制进水、反应、静置、排水、闲置五个阶段，对废水进行生物处理[22]。SBR 是一种连续循环周期性运行的反应器，每次反应周期结束，都需要静置一段时间，将上清液排出反应器，然后在开始新的一轮进水、反应、排水。SBR 工艺具有操作方便不需要设置流量调节；单体构筑物结构简单，管理运行经济方便；对曝气的要求较小，可以和其他工艺进行联用等特点。并且 SBR 对活性污泥的要求较低，微生物易存活且更容易驯化出好的优势菌种，针对以上特点 SBR 在污水处理中的应用越来越广泛。氧化沟工艺的生物反应池多数为连续环形池，活性污泥和废水在推流装置和曝气装置的联合作用下，以一定的流动速度在氧化沟的封闭沟渠中连续循环。氧化沟多数以表面曝气装置、进水出水装置、氧化沟沟体、混合装置和导流装置组成，沟体的闭合面形状有梯形和矩形等，平面形状有环形、圆形、长方形等[23]。传统的氧化沟具有水力停留时间长、污泥龄长、污泥负荷低的特点，在工艺应用中可以省略初沉池和调节池以及污泥消化池。常用的单沟式氧化沟流程图如图 1-1 所示。

传统流程,工艺

图 1-2 A2O 工艺传统流程图生物法除磷自动化程度高，基本不需要投加药剂，且除磷能力强，系统运行后不需要再次投资，运行费用低，同时对废水中其他污染物质也有去除。但生物法除磷缺点也较为明显，因为生物法主要是依靠微生物对污染物质进行去除，微生物的活性是处理能力高地的决定性因素，在实际应用中微生物的活性对废水的 pH 和有机负荷非常敏感，随着环境的改变，微生物的活性不同，相应的也会导致处理效果的不稳定。1.2.2 化学沉淀法化学沉淀顾名思义就是通过投加化学药剂的方法使水溶性物质变成难溶性物质，从而从水溶液中析出，达到去除的效果。化学沉淀法对废水中的磷去除，即是在经过生物处理后添加铁离子、铝离子和钙离子等化学沉淀药剂与磷酸根离子形成稳定的化学络合沉淀物，从而达到对磷的去除。同时由于化学沉淀形成的络合沉淀物，为一种絮状物，，具有较大的比表面积和一定能力的吸附性能，从而
【学位授予单位】：苏州科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703;TB383.1

【参考文献】