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铁碳-砂滤的深度除磷工艺在农村生活污水处理中的应用

北极星水处理网  来源:净水技术  作者:李海利,黄帆等  2020/8/28 10:24:32  我要投稿  

北极星水处理网讯:据统计,2002年—2016年,全国农村生活污水日排放量由320.5万t增长至202亿t,已成为小流域污染的主要来源及影响美丽乡村建设的重要因素。磷作为导致农村水污染中科彩票投注的重要指标,开展去除率的研究变得十分重要。由于农村污水排放具有污水量小、分布广泛等特点,且管网建设落后,导致分散农村生活污水难于管理。大部分农村生活污水未经处理就直接排放到水体中,而污水中氮磷含量一般较高,加之农村河网水系连通性差,易造成水体富营养化。

目前,农村污水处理设备除磷采用化学沉淀法,该方法操作简单,设备运行处理效果稳定。然而,农村污水处理设施一般分布零散且距离维护点较远,采用化学沉淀法除磷需人为定期添加化学絮凝剂,一般加药周期<15 d/次。因此,定期加药维护人工成本较高,给项目点持续稳定达标运行增加了难度。

国内外开展了大量针对城镇污水处理厂除磷技术及工艺应用研究,但对农村分散生活污水的除磷技术却关注较少,需开发适宜性可持续除磷技术解决此问题。微电解法是一项被广泛研究与应用的废水处理技术,近30年来被泛应用于印染、电镀等行业进行预处理,在生活污水除磷方面应用较少。杜利军等通过“均质化—碳化—成型”工艺制备得新型铁碳微电解填料用于除磷,处理效率达 98%,可实现含磷废水达标排放,证明工艺处理的的高效性,但受限铁碳板结钝化等问题,微电解工艺用于实际工程中仍然较少。

针对传统化学除磷技术药品更换频次高,人工运维频繁且成本较高的问题,论文拟开发铁碳缓释除磷技术,更换周期≥12月/次,可大大降低设备运维人工成本,实现可持续运行及稳定达标排放。研究选择铁碳填料作为缓释除磷开发主体,铁碳填料利用铁和碳之间1.2 V的电势差形成无数微小原电池,对污水进行氧化和沉淀作用,能有效去除污水中的磷。铁碳填料具有缓释特性,使其在运行成本及使用周期等方面具有明显的优势,近年来受到污水处理领域的青睐。在除磷方面,污水经铁碳微电解处理后形成磷酸铁沉淀,使色度和悬浮物(SS)上升,因此,需匹配后续处理。

本文将铁碳微电解技术与砂滤工艺相结合,解决传统微电解技术在处理生活污水过程中存在的不足,实现高效稳定除磷。

研究方法

针对微电解除磷技术实际运行过程中存在的不足,采用理论分析与实践相结合的方法。通过实验室小试试验,确定铁碳最佳试验条件、运行方式及补充周期,确保TP能稳定达标,并成功运用于实际工程案例中。具体研究思路如下。

(1)确定以微电解技术为核心技术去除TP的方法。

中科彩票投注(2)研究现有微电解材质特性,通过经济性成本分析及小试试验,后置砂滤装置。开展铁碳比、铁碳投加量、水力停留时间、曝气量4个因素的单因素优化试验,确定铁碳最佳试验条件。

(3)将铁碳-砂滤深度除磷工艺应用于工程实践中,保证出水稳定达标。

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02 试验条件分析

铁碳通过微小原电池反应产生的铁离子与width=29,height=16,dpi=110的化学沉淀和Fe(OH)2的混凝作用,将磷从液相转移至固相中,实现除磷的效果。试验通过优化运行参数,工艺出水磷指标稳定低于0.5 mg/L,达到一级A排放标准,系统运行稳定,且操作简单、维护量小、能耗低。此时,铁碳微电解除磷的最佳工艺条件:铁碳比为3∶1,铁碳投加量为100 g/L,曝气量为12 m3/(h·m3中科彩票投注),水力停留时间为4 h。

03 实际数据应用

1 工程项目应用

采用铁碳-砂滤组合进行强化除磷,相比化学法,操作简单,维护量小,从而为铁碳-砂滤的深度除磷工艺在农村生活污水中的应用,一级脱氮除磷强化提供解决思路。为分析铁碳-砂滤除磷工艺实际工程中的除磷效果,将该工艺应用于苏州市金庭镇某一农村生活污水处理项目。该项目污水处理系统采用固定床生物膜工艺,为防止铁碳板结钝化,装置通过特殊结构设计,通过机械方法使铁碳运动,互相摩擦去除氧化膜,避免长时间电解过程中阳极钝化及铁碳板结问题。项目区生活污水水质情况如表1所示。

项目设计进水水量为30 t/d,根据小试试验确定,铁碳反应池设计停留时间为4 h,反应池容积为6 m3,设定曝气量为12 m3/(h·m3),铁碳比为3∶1,铁碳投加量为100 g/L,石英砂级配为0。5~1。0、1~2、2~4 mm,滤层厚度为45 cm。为保证过滤澄清度,砂滤过滤滤速控制为1。5 m/h,石英砂过滤器反洗频次1~2次/d,每次反洗时间为15~30 min,保证过滤器持续稳定运行。

2 出水水质情况

项目稳定运行一年以上,运行期间内进水水温为11.2~27.3 ℃。项目点实际出水数据表明,系统出水各项指标均较稳定,CODCr、BOD5、NH3-N、TP、TN、SS浓度基本可达到一级A标准,其中TP浓度可稳定达标于一级B标准,说明铁碳+砂滤深度除磷工艺具有出色的稳定性。

微电解除磷去除效果如下图所示, 进水 TP 浓度为3。5~7 mg/L,平均浓度为5。64 mg/L。当进水TP浓度为3。5~5 mg/L时,出水TP浓度稳定于0。5 mg/L以下,达到一级A标准;当进水TP浓度在5~7 mg/L时,出水TP浓度稳定小于1 mg/L,达一级B标准;平均去除率为91。84%~95%。项目试验结果表明,微电解除磷-砂滤技术可有稳定高效的除磷效果,出水TP稳定达标。

系统连续稳定运行一年,按月测量铁碳质量的下降情况。铁碳质量百分比随时间的变化。持续稳定运行一年,电解材质持续释放,总质量比下降至20%,TP去除率未受影响。当运行至13个月时,TP去除率逐渐下降,表明系统铁碳添加周期可维持在12~13个月,相比传统化学加药方法,维护频次大大减少,节省大量的运维成本。

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3 经济性分析

目前,大部分农村污水处理均采用化学加药辅助运行去除TP,投加PAC频率高,加大了运行维护难度及成本。铁碳-砂滤工艺初次添加铁碳满足一年以上的使用周期,减少运行维护频次,节省大量人工成本。对两种处理方式进行经济性对比分析,分析以独立项目点,除磷单独维护工作量计算,其经济性对比如下表所示。

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04 结论

通过铁碳微电解将TP从液相转移至固相,再经砂滤除去,在小试和实际应用中都表现出卓越的除磷能力。在小试阶段,确定了铁碳+砂滤的最佳运行参数,铁碳反应池曝气量为12 m3/(h·m3),铁碳比为3∶1,投加量为100 g/L,水力停留时间为4 h,砂滤以0.5~1.0 mm石英砂为滤料,过滤高度为40 cm,使TP为5 mg/L的原水降至0.02 mg/L,去除率达到99.6%。在实际应用阶段,将该工艺用于苏州市金庭镇某一农村生活污水处理系统中,控制砂滤滤速为1.5 m/h,出水TP稳定于0.5 mg/L左右,达到《城镇污水厂污染物排放标准》一级B标准,证明该技术的稳定可靠性。填料更换周期可达1年,可节省大量的人工运维成本,普遍适用于分散式生活污水的处理,具有较大的推广使用价值。

原标题:净水技术 | 铁碳-砂滤的深度除磷工艺在农村生活污水处理中的应用

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