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        江苏铭盛环境

        铝污泥生物填料对黑臭水体的脱氮除磷效果

        文章出处:未知发表时间:2021-12-28 15:50:07


         

        图片1 

         

         

          近年来,由于工业废水以及生活污水大量排入河道,河道水体黑臭现象日渐加重,严重影响了城市形象和居民身体安康,因而,如何有效净化黑臭河道水体已成为城市安康开展的重中之重。生态-生物修复技术因其费用低,管理便当,兼具美化环境的特性,成为近年来研讨和应用的重点。生态-生物修复技术的处置效率受很多要素影响,其中填料是最中心也是最根本的组成局部,是黑臭河道修复效果的关键要素,填料的挑选、改良和合理配置关系到这一技术能否正常发挥污染管理效能的关键。作为给水厂生产过程中的副产物,铝污泥含有大量铝离子及其聚合物,用作生物填料时可有效提升脱氮除磷效果。笔者将铝污泥生物填料与具有高效净化作用的狐尾藻相分离,以常见的生物填料聚丙烯纤维作为对照,模拟自然河道构建生物填料系统,研讨并剖析该系统的脱氮除磷效果,以期为河道黑臭水体管理提供技术支撑。

         

          一、资料与办法

         

          1.1 实验资料

         

          铝污泥取自给水厂,主要成分为Al2O3,浓度为38.62%~45.84%,体积密度为(1.18±0.10)g∕cm3,孔隙率为40%,比外表积为21.54~36.50m2∕g,电导率为0.0104~0.0140S∕m

         

          铝污泥原料经过搅拌、造粒后,在105~120℃下烘干2~3h,以去除水分,在500~600℃无氧焙烧6~8h,自然冷却后装入40cm×8cm×8cm尼龙网袋,制备成铝污泥生物填料。

         

          聚丙烯纤维生物填料从市场上购得,密度为0.90~0.92g∕cm3,长度为40cm,直径为8cm

         

          狐尾藻取自南京市某湖泊,将狐尾藻置于有机玻璃柜中用自来水曝气培育,每隔3d1次水,保证植物外表吸附的悬浮物被气流冲洗洁净。

         

          1.2 水质剖析

         

          实验用水取自南京市江宁区外港河,河道宽为10m,流速为0.54m∕dCODCr120mg∕LTP浓度为4mg∕LTN浓度为20mg∕LNH3-N浓度为10mg∕LpH5.5~6.5

         

          1.3 生物填料小试系统在河边构建生物填料小试系统,如图1所示

         

        图片2 

          小试系统主要包括进水池、控制区、生物填料区等单元,其中生物填料区由4种处置组组成,即聚丙烯纤维生物填料组、铝污泥生物填料组、聚丙烯纤维-狐尾藻组和铝污泥-狐尾藻组,各组均另设1个平行实验,取均匀,承载聚丙烯纤维生物填料和铝污泥生物填料的网架均采用钢构造,生物膜挂膜采用自然挂膜,网架置于水面以下,将生物填料沿池体长边距离8cm依次系挂于网架上,水流平行方向设7行,垂直方向设4行,狐尾藻种植于生物填料区的上部,种植密度为100∕m2。小试系统各局部规格如表1所示,生物填料与孤尾藻组合组剖面如图2所示。

         

        图片3 

        图片4 

          为保证小试系统中狐尾藻的稳定生长和生物膜的自然挂膜,在运转1个月后正式开端实验。实验采用连续进水方式,经过爬动泵调理进水流速,均由顶部进水和出水。该小试系统处置水量为360L∕d,外表水力负荷为0.3m3∕(m2·d),水力停留时间为2d。测定系统出水水质,主要检测TPTNNH3-N浓度及CODCrCODCr采用重铬酸盐法测定,TP浓度采用钼酸铵分光光度法(紫外可见分光光度计,UV1200MAPADA)测定,TNNH3-N浓度采用气相分子吸收光谱法(气相分子吸收光谱仪,GMA3510,森普)测定。

         

          二、实验结果

         

          2.1 溶解氧浓度

         

          选取出水口水深10cm处作为溶解氧(DO)浓度监测点,调查小试系统运转期间不同处置组出水DO浓度随时间的变化,结果如图3所示。由图3可知,实验运转期间,各处置组DO浓度分别为:聚丙烯纤维生物填料组,3.2~4.3mg∕L,铝污泥生物填料组,3.5~4.4mg∕L,聚丙烯纤维-狐尾藻组,6.2~7.1mg∕L,铝污泥-狐尾藻组,6.1~7.2mg∕L2个组合组DO浓度变化趋向分歧,且水体DO浓度远高于生物填料组。生物填料组和组合组水体DO浓度均到达GB3838—2002 地表水环境质量规范类规范。

         

        图片5 

          2.2 pH

         

        图片6 

          系统运转期间不同处置组的出水pH随时间的变化如图4所示。由图4可知,不同处置组的出水pH差别较大,其中铝污泥生物填料组和铝污泥-狐尾藻组出水pH较为稳定,在7左近动摇,聚丙烯纤维生物填料组和聚丙烯纤维-狐尾藻组出水pH随时间变化动摇范围较大,聚丙烯纤维-狐尾藻组出水pH维持在6.5以上,而聚丙烯纤维生物填料组出水pH根本在6.5以下,与进水pH相差不大。

         

          2.3 CODCr的去除效果

         

        图片7 

          系统运转期间不同处置组的出水CODCr随时间的变化如图5所示。由图5可知,不同处置组对CODCr的去除效果为铝污泥-狐尾藻组>聚丙烯纤维-狐尾藻组>铝污泥生物填料组>聚丙烯纤维生物填料组。铝污泥-狐尾藻组对CODCr的去除效果最好,均匀去除率为74.62%,聚丙烯纤维-狐尾藻组次之,均匀去除率为69.71%,铝污泥生物填料组对CODCr去除效果较差,均匀去除率为65.96%,聚丙烯纤维生物填料组去除效果最差,均匀去除率仅为59.94%。铝污泥-狐尾藻组的出程度均CODCr可到达GB3838—2002类规范(<30mg∕L),聚丙烯纤维-狐尾藻组、铝污泥生物填料组的出程度均CODCr到达GB3838—2002类规范(<40mg∕L),聚丙烯纤维生物填料组对CODCr有一定的去除效果,但其出程度均CODCr处于较高程度,未到达GB3838—2002类规范。

         

          2.4 TP的去除效果

         

        图片8 

          系统运转期间不同处置组出水TP浓度随时间的变化如图6所示。由图6可知,不同处置组对TP的去除效果为铝污泥-狐尾藻组>铝污泥生物填料组>聚丙烯纤维-狐尾藻组>聚丙烯纤维生物填料组。铝污泥-狐尾藻组和铝污泥生物填料组TP去除效果较好,均匀去除率分别达93.59%93.38%,其次是聚丙烯纤维-狐尾藻组,均匀去除率为90.55%,聚丙烯纤维生物填料组去除效果最差,均匀去除率为84.04%。铝污泥-狐尾藻组和铝污泥生物填料组出水TP均匀浓度到达GB3838—2002类规范(<0.3mg∕L),聚丙烯纤维-狐尾藻组出水TP均匀浓度到达GB3838—2002类规范(<0.4mg∕L),而聚丙烯纤维生物填料组出水TP均匀浓度劣于GB3838—2002类规范。

         

          2.5 TNNH3-N的去除效果

         

        图片9 

        图片10 

          系统运转期间不同处置组TNNH3-N浓度随时间的变化如图7和图8所示。由图7和图8可知,含有铝污泥的处置组出水TNNH3-N浓度随时间变化较含聚丙烯纤维的稳定。铝污泥-狐尾藻组对TNNH3-N的去除效果最好,均匀去除率分别达93.19%96.46%,铝污泥生物填料组去除效果次之,均匀去除率分别为91.25%94.42%,聚丙烯纤维-狐尾藻组TNNH3-N均匀去除率分别为91.29%91.45%,聚丙烯纤维生物填料组去除效果最差,均匀去除率分别为84.17%88.39%。铝污泥-狐尾藻组出水TN均匀浓度到达GB3838—2002类规范(<1.5mg∕L),铝污泥生物填料组和聚丙烯纤维-狐尾藻组出水TN均匀浓度均到达GB3838—2002类规范(<2.0mg∕L),而聚丙烯纤维生物填料组出水TN均匀浓度劣于GB3838—2002Ⅴ类规范。生物填料组和组合组出水NH3-N均匀浓度均优于GB3838—2002类规范(<1.5mg∕L),特别铝污泥-狐尾藻组出水NH3-N均匀浓度到达GB3838—2002类规范(<0.5mg∕L)

         

          三、讨论

         

          3.1 水体DO浓度和pH对脱氮除磷的影响

         

          DO浓度的上下直接影响着河道生态系统内部好氧和厌氧微生物的活性,而微生物的硝化反硝化作用是主要的脱氮途径。当DO浓度高于1.7mg∕L时,硝化细菌可将水体中的NH3-N全部转化成硝酸盐,DO浓度低于0.5mg∕L时,硝化细菌活性被抑止,水体中的NH3-N浓度逐步增加,DO浓度为0.5mg∕L左右时,反硝化细菌大量富集,与藻类构成有利共生关系。本实验中生物填料组出水DO浓度处于较高程度,这可能与生物填料组的整个水面均与空气接触有关,空气中的氧气自在进入生物填料系统使水体DO浓度增加。生长繁茂的植物会影响空气中的氧进入水中,但组合组上部水体DO浓度远远高于生物填料组,这是由于狐尾藻的根系泌氧等作用保证了系统上部的DO浓度,阐明在实验运转期间,组合组水体上部DO浓度可满足系统中硝化细菌对DO的需求,有利于硝化作用的实行。同时,组合组系统中部至下部的厌氧环境以及填料大量的孔洞空间为聚磷菌和反硝化细菌提供了良好生存环境,好氧与厌氧环境的转变和分离,使污水阅历完好的吸附去除过程,从而使组合组取得更好的脱氮除磷效果。

         

          pH影响生物填料系统中微生物的存在方式。当pH4.0~6.0或大于9.5时,硝化细菌的生长会遭到抑止。实验运转期间,聚丙烯纤维生物填料组的pH低于6.5,不利于反硝化作用的实行。由于铝污泥含有大量具有缓冲作用的铝离子及其聚合物,且狐尾藻也有升高水体pH的作用,因而铝污泥生物填料组、聚丙烯纤维-狐尾藻组和铝污泥-狐尾藻组出水pH维持在6.5~7.5,有利于硝化细菌和反硝化细菌的生长和繁衍,促进系统脱氮过程的实行

         

          依据实验结果,铝污泥生物填料组对水体CODCr、氮、磷的去除较聚丙烯纤维生物填料组强,这可能是由于铝污泥填料提供了更有利于微生物活动的微环境,如较大的比外表积,适合的pHDO浓度,以及较好的缓冲性能,狐尾藻结合生物填料加强了对水体中CODCr、氮、磷的去除效果,其缘由除了植物吸附吸收外,还可能与狐尾藻根系良好的微环境有关。

         

          3.2 脱氮除磷机理讨论

         

          聚丙烯纤维-狐尾藻组和铝污泥-狐尾藻组对CODCr去除的主要途径有微生物的吸附降解、植物的吸附吸收和生物膜吸附沉淀等。可溶性有机污染物大多经过狐尾藻根系的吸附吸收被去除,非溶性有机污染物则被系统填料和植物根系截留,进一步被微生物合成应用。

         

          聚丙烯纤维生物填料组和聚丙烯纤维-狐尾藻组对磷的去除主要依托生物膜中微生物和植物作用。相比聚丙烯纤维生物填料,铝污泥生物填料本身对磷的吸附也占领重要作用。铝污泥固定磷的途径主要有离子交流作用、络协作用、静电作用。铝污泥等电点约为6.4,系统进水时的pH5.5~6.5,阐明此时铝污泥外表主要带正电荷,易于吸附水中的阴离子,此时水溶液中的磷主要以H2PO-4方式存在,有利于H2PO-4经过静电作用被吸附在铝污泥上。铝污泥生物填料组和铝污泥-狐尾藻组出水pH相对原水的增大,与铝污泥中大量—OH基团与PO3-4发作离子交流作用有关。另外,铝污泥中的铝主要以无定形形态存在,增大了对水体中磷的吸附才能,且铝离子作为一种絮凝剂,可以与水体中的阴离子反响构成絮状物,这些絮状物对PO3-4也有吸附络协作用。

         

          生物填料与水生植物(狐尾藻)组合系统对氮的转化途径主要包括微生物作用和水生植物吸收作用。微生物将水体中的有机氮化合物合成为铵态氮,同时吸收铵态氮或硝态氮作为营养,硝化和反硝化细菌将水体中的铵态氮转化为气态氮,使水体中的氮得到有效且彻底的去除。水生植物在系统脱氮过程中也有着重要作用,其可直接吸收污染水体中的铵态氮或硝态氮作为营养,合成本身组织构造所必需的物质,使水体中的氮得到去除,水生植物具有间接脱氮作用,其庞大的根系可为微生物提供宏大的附着面积,其根部泌氧作用可增加系统内的DO浓度,在根系左近构成氧化态的微环境,为脱氮微生物提供有利条件。另外,铝污泥生物填料组和铝污泥-狐尾藻组运转期间靠近出水口区域pH的增大,使OH-NH+4发作中和反响,且此时铝污泥外表带负电荷,亦可经过静电作用吸附局部氮。

         

          四、结论

         

          (1)铝污泥生物填料能调理水体pH,系统中参加狐尾藻可提升水体DO浓度,营造有利于微生物生存的微环境,强化对黑臭水体的脱氮除磷效果。

         

          (2)铝污泥生物填料组出水水质优于聚丙烯纤维生物填料组,出水水质根本到达GB3838—2002类规范,铝污泥-狐尾藻组对水体污染物的整体去除效果最好,出水水质到达GB3838—2002类规范。

         

          (3)氮主要经过硝化反硝化细菌的合成转化和植物的吸收转化途径去除,铝污泥生物填料能营造良好的微生物生存环境,强化微生物降解作用,磷主要经过填料-植物-微生物的结合作用去除,其中铝污泥除了强化微生物作用外,其本身对磷的吸附配位交流、络合和静电作用使系统到达更好的除磷效果。

         


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