循环式铝污泥处理工艺对二级出水中磷的去除效果与机理研究
发布时间：2020-07-17 11:43
【摘要】：磷是藻类生长的主要限制因子,过量的磷排入水体会引发水体富营养化的问题。我国制定的《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)的Ⅰ级A标准中要求TP0.5mg/L。污水处理厂一般采用生物或化学法除磷,生物除磷只能将TP降到1-2mg/L左右,化学除磷虽然效果好,但会给生物处理和污泥处理带来不利影响。将给水厂的铝污泥用作污水处理厂二级出水磷的吸附剂,具有“以废治废”的可持续发展理念。基于此,本研究提出了一种循环式铝污泥处理工艺,并通过静态和动态模拟试验,给出了工艺的运行参数。同时,通过pH、电子扫描电镜和傅里叶变换红外光谱分析的变化,探讨了铝污泥的除磷机理。论文主要结论如下:(1)铝污泥对磷的静态平衡吸附量为3.6mg/g干泥,搅拌可以加速铝污泥对磷的吸附,最佳搅拌时间为30min,最佳搅拌强度为150rpm。(2)铝污泥除磷的过程大体符合伪二级动力学模型。据此可以根据TP浓度和处理水量进行铝污泥用量的设计计算。当二级出水TP浓度为1mg/L时,处理1m3废水约需要0.48g铝污泥(以干泥计)。(3)铝污泥在除磷过程中未发现Al3+和有机物的释放情况,对二级出水中的TN、NH4+-N及微量有机物基本无去除作用。(4)循环式铝污泥处理工艺运行过程为:进水—加泥—混合沉淀—出水。二沉池出水与铝污泥先在混合池中进行搅拌(30min),泥水一起进入沉淀池进行沉淀(2h),上清液排出,沉淀池底部的泥水由排泥管排出后经泥水分离器分离,分离出的铝污泥再与进水一起进入该系统,反复循环使用,直至出水TP浓度不满足排放标准,更换铝污泥,或进行定期更换和补充。分离出的废水回到污水厂的预处理系统进行处理。上清液中可能含有一些难沉的颗粒物,后续可适当增加过滤单元,进一步降低悬浮物(SS)。(5)铝污泥除磷的机理主要为化学吸附。铝污泥的轻基和水合基与PO43-发生配位交换形成稳定结构,将与PO43-吸附在铝污泥表面。通过对吸附饱和后的铝污泥上的磷形态的分析,可得出AI-P形式约占68.3%,Fe-P形式约占11.4M%，Ca-P形式约占7.8%，而可溶性P与其他形态P约占12.5%。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703
【图文】：
3 循环式铝污泥处理工艺去除磷的试验研究3.1 循环式铝污泥处理工艺的提出目前，铝污泥用于污水中磷的去除主要采用的工艺形式是作为人工湿地的基质填料，该工艺对磷的去除效果显著，借助于铝污泥对磷的良好吸附能力和填料的过滤效果，出水TP 含量甚至可以达到 0.1mg/L 以下[15]。但存在占地面积大，填料层易堵塞的问题[14]。在污水处理厂内主要是将铝污泥作成吸附过滤材料，装填于过滤柱或滤池中，由于铝污泥主要来源于水厂沉淀排泥水和过滤反冲洗水经脱水后形成的污泥，泥的颗粒粒径相对较小，经滤柱(池)过滤后出水中的磷含量较低，但滤速较慢，处理能力有限，还存在滤柱容易堵塞问题。为了克服这些问题，本研究提出了一种循环式的铝污泥磷处理工艺，借助于污水处理系统原有的深度处理系统混合-沉淀-过滤设施，在不用添加铁盐或铝盐混凝剂的情况下，在深度处理设施连续运行的条件下，铝污泥在系统中得到循环使用，TP 的去除效果满足Ⅰ级 A 排放标准甚至更严格的排放标准要求。循环式铝污泥处理工艺流程图如图 3-1 所示。
（c）图 3-4 3 个荧光组分及其激发发射波长位置（（a）、（b）、（c）分别表示组分一、组分二及组分三）Fig.3-4 Three fluorescence components and their emission wavelength positions（(a), (b) and (c) represent component 1, component 2 and component 3 respectively）数据分析采用寻峰法，以 Ex 为横坐标，Em 为纵坐标，则组分 1 的最大荧光强度对应的波长坐标为(220，434)和(324，434)，根据表 2-5 可知，这两个坐标分别代表紫外光区和可见光区的类富里酸物质；组分 2 的最大荧光强度对应的波长坐标为(208，330)和(280，330)，根据表 2-5 可知，这两个坐标代表微生物代谢产物；组分 3 的最大荧光强度对应的波长坐标为(388，482)，根据表 2-5 可知，这个坐标代表类腐殖酸物质。根据七个三维荧光区域可得到有机物组分表 3-1：
开展电子扫描电镜，表征变化分析，如图5-2 所示，图中扫描倍数为 10000 倍。（a） （b）图 5-2 铝污泥吸附磷前后表征变化（（a）代表铝污泥吸附磷之前的表征情况，（b）代表铝污泥吸附磷之后的表征情况）Fig.5-2 The change of characterization before and after adsorption of phosphorus by aluminum sludge（(a) represents the characterization before phosphorus adsorption by aluminum sludge, and (b) representsthe characterization after phosphorus adsorption by aluminum sludge）如图 5-2 可见，图 a 为原铝污泥的形态，可以看出，原铝污泥的表面属于多孔无定型结构，孔隙结构比较发达。图 b 为铝污泥吸附磷之后的形态变化，可以看出，铝污泥在吸附磷之后，由之前的疏松多孔结构变为絮体结构，且絮体结构比较密实，这可能是由于废水中的 PO43-附着在铝污泥表面所致。5.2.2 傅里叶变换红外光谱分析将铝污泥于 40℃的真空机充分抽干后，充分研磨成磨粉状，加入溴化钾，加入的溴化钾与铝污泥的比例大约为 100:1。使用压片机进行压片后，进行傅里叶红外光谱分析。原铝污泥与吸附二级出水中的磷后的铝污泥的傅里叶红外光谱分析结果见图 5-3。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703
【图文】：
3 循环式铝污泥处理工艺去除磷的试验研究3.1 循环式铝污泥处理工艺的提出目前，铝污泥用于污水中磷的去除主要采用的工艺形式是作为人工湿地的基质填料，该工艺对磷的去除效果显著，借助于铝污泥对磷的良好吸附能力和填料的过滤效果，出水TP 含量甚至可以达到 0.1mg/L 以下[15]。但存在占地面积大，填料层易堵塞的问题[14]。在污水处理厂内主要是将铝污泥作成吸附过滤材料，装填于过滤柱或滤池中，由于铝污泥主要来源于水厂沉淀排泥水和过滤反冲洗水经脱水后形成的污泥，泥的颗粒粒径相对较小，经滤柱(池)过滤后出水中的磷含量较低，但滤速较慢，处理能力有限，还存在滤柱容易堵塞问题。为了克服这些问题，本研究提出了一种循环式的铝污泥磷处理工艺，借助于污水处理系统原有的深度处理系统混合-沉淀-过滤设施，在不用添加铁盐或铝盐混凝剂的情况下，在深度处理设施连续运行的条件下，铝污泥在系统中得到循环使用，TP 的去除效果满足Ⅰ级 A 排放标准甚至更严格的排放标准要求。循环式铝污泥处理工艺流程图如图 3-1 所示。
（c）图 3-4 3 个荧光组分及其激发发射波长位置（（a）、（b）、（c）分别表示组分一、组分二及组分三）Fig.3-4 Three fluorescence components and their emission wavelength positions（(a), (b) and (c) represent component 1, component 2 and component 3 respectively）数据分析采用寻峰法，以 Ex 为横坐标，Em 为纵坐标，则组分 1 的最大荧光强度对应的波长坐标为(220，434)和(324，434)，根据表 2-5 可知，这两个坐标分别代表紫外光区和可见光区的类富里酸物质；组分 2 的最大荧光强度对应的波长坐标为(208，330)和(280，330)，根据表 2-5 可知，这两个坐标代表微生物代谢产物；组分 3 的最大荧光强度对应的波长坐标为(388，482)，根据表 2-5 可知，这个坐标代表类腐殖酸物质。根据七个三维荧光区域可得到有机物组分表 3-1：
开展电子扫描电镜，表征变化分析，如图5-2 所示，图中扫描倍数为 10000 倍。（a） （b）图 5-2 铝污泥吸附磷前后表征变化（（a）代表铝污泥吸附磷之前的表征情况，（b）代表铝污泥吸附磷之后的表征情况）Fig.5-2 The change of characterization before and after adsorption of phosphorus by aluminum sludge（(a) represents the characterization before phosphorus adsorption by aluminum sludge, and (b) representsthe characterization after phosphorus adsorption by aluminum sludge）如图 5-2 可见，图 a 为原铝污泥的形态，可以看出，原铝污泥的表面属于多孔无定型结构，孔隙结构比较发达。图 b 为铝污泥吸附磷之后的形态变化，可以看出，铝污泥在吸附磷之后，由之前的疏松多孔结构变为絮体结构，且絮体结构比较密实，这可能是由于废水中的 PO43-附着在铝污泥表面所致。5.2.2 傅里叶变换红外光谱分析将铝污泥于 40℃的真空机充分抽干后，充分研磨成磨粉状，加入溴化钾，加入的溴化钾与铝污泥的比例大约为 100:1。使用压片机进行压片后，进行傅里叶红外光谱分析。原铝污泥与吸附二级出水中的磷后的铝污泥的傅里叶红外光谱分析结果见图 5-3。
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本文编号：2759390
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