沸石强化A_O生物脱氮和同步化学除磷工艺的污泥处理处置研究.pdf

沸石强化A O 生物脱氮和同步化学除磷 工艺的污泥处理处置研究 成官文 桂林工学院资源与环境工程系, 广西 541004 同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室, 上海 200092 吴志超 章非娟 同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室, 上海 200092 徐月江 陈建国 上海水环境建设有限公司, 上海 200092 刘明明 同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室, 上海 200092 摘要 沸石的投加, 降低了污泥的比阻, 提高了污泥的水通量, 改善了污泥膜分离效果, 钝化了污水中的重金属, 吸附 了污水中的难降解有机物, 但同时降低了污泥的体积压缩性能, 改变了污泥的成分, 显著增加了 Si、Al、K、Na 等无机组 分, 并对污泥的资源化途径带来了影响。 关键词 污泥处理处置 沸石 脱氮除磷 城市污水 1 引言 为了发挥原有污水处理设施的作用 ,提高其工艺 的硝化功能和除磷效果, 工艺设施不进行大幅度改造 就可以实现脱氮除磷的沸石强化A O 生物脱氮和同 步化学除磷工艺应运而生 [ 1～ 2] , 但沸石投加会改变污 泥的比阻和成分 ,并对原有污水处理厂的污泥脱水和 污泥处置带来影响。本研究拟对此进行探讨 。 2 试验条件与方法 2. 1 试验工艺流程和运行参数 中试试验工艺流程见图 1。试验研究在上海某 污水处理厂进行。具体工艺运行参数为单池进水流 量 Q 1. 2 m 3 h, 水力停留时间 5 h A 段 1. 25 h、 O 段 3. 75 h , 污泥回流 100, 混合液回流 200, 泥龄 25 d。 池三混合液 MLSS 浓度 5. 70 ～ 8. 73 g L ,含沸石 3～ 4 g L 。 图 1 中试工艺流程图 2. 2 进水水质 试验进水为初沉池出水, pH 6. 7 ～ 7. 2, CODCr 73～ 333 mg L,氨氮 11. 89 ～ 55. 43 mg L , 总磷 1. 25 ～ 8. 90 ml L,SS 56～ 266 mg L, 水质 24 h波动范围较大。 2. 3 试验材料 沸石为浙江缙云产 180 目天然沸石和中试装置 的剩余污泥。 2. 4 试验方法 2. 4. 1 含沸石污泥的脱水性能研究 1 准备好各池待测的活性污泥, 并测定其初始 固体浓度 CO 、 污泥粘度 μ 和沸石含量。 2 在布氏漏斗上铺上一层滤纸, 并用少许蒸馏 水润湿。 3 取待测活性污泥 100 mL 均匀倒入漏斗内的 滤纸上,直到漏斗不再有滤液流出。 4 开启真空泵,控制真空压力 35. 5 kPa 不变 ,记 录滤液体积, 每隔 15 s 记录一次 ,直至漏斗污泥层出 现裂痕 ,真空被破坏为止 ,同时测真空条件下滤纸过 滤清水的含水率或单位含水量 。 5 取出滤纸 ,称含湿污泥与水的滤纸质量 ,之后 放入烘箱中 105 ℃ 烘 2 h ,称干重。 6 从量筒中取少量水样, 测滤液含固体浓度 Ce 。 7 计算泥饼含固体浓度 Cμ 和泥饼含水率 Cw 。 8 计算滤过单位体积滤液在过滤介质上截留的 干固体质量 W kg m 3 。 W CμCO Cμ-CO 。 1 9 将记录的过滤时间 t 除以对应的滤液体积 V,以 t V 为横坐标 ,以 V 为纵坐标,求斜率 b s m 6 。 b μ W R 2PA 2 2 式中 P 过滤压力 MPa ; A 过滤面积 m 2 。 83 环 境 工 程 2005年 6 月第23 卷第3 期 10 测污泥的 μ 值 kgs m 2 。 11 计算污泥比阻 R mg kg 。 R 2PA 2 μ b W 3 2. 4. 2 污泥的膜分离研究 取二沉池含沸石污泥 SS 34. 5 g L 于好氧消化 池中 ,放入 300 目金属膜, 调节曝气量为 0. 6 m 3 h, 保 持抽吸真空度为 - 10 kPa, 连续运行 4 h, 在设计时间 点测 1 min 出水量, 计算膜的水通量 。 2. 4. 3 污泥的常量和微量组分研究 取池三含沸石污泥和不含沸石污泥置于室温下 风干, 后研磨过 200 目筛 ,污泥样品进行等离子光谱 分析 。 2. 4. 4 沸石、污泥和含沸石污泥对非溶解性有机物 的吸附试验研究 分别取经烘箱 105 ℃烘 4 h 后的干沸石以及经 离心脱水和洗涤后制取的不含沸石污泥 、 池三含沸石 污泥各 4 g 对初沉池出水进行吸附; 在吸附 120 min 后回收沸石 、 污泥和含沸石污泥, 并在常温条件下风 干,磨细过 160 目筛 ,送拉曼光谱室分析测试 。 3 结果与讨论 3. 1 含沸石污泥的脱水性能研究 试验结果见附表 。 ①中试不含沸石的污泥比阻 显著高于含沸石污泥比阻 ,污泥比阻随沸石含量增加 而降低 。说明沸石作为污泥的骨架, 改善了污泥结 构,增强了污泥絮体的强度, 起到了助凝剂的作用。 沸石投加 ,降低了污泥塑性,维持了滤液通道 ,降低了 污泥比阻 。 ② 单位滤液所产生的干污泥重量 泥饼含 固率 随沸石含量增加而增加 。显示沸石投加会带来 较为明显的污泥含固率的增加。 ③当含沸石 4 g L 时,脱水污泥泥饼的含水率和 b 值较不含沸石污泥 显著降低。根据公式 V1 V2CO Cμ, 该污泥含水率 由98. 86降到 68. 66时,脱水后污泥体积为原来的 附表 不同沸石含量的污泥比阻 污泥含沸 石 gL- 1 污泥浓 度 gL- 1 污泥含固 率 CO 粘滞性 Nsm- 2 泥饼含固 率 Cμ 泥饼含水 率 CW 斜率 b 1012sm- 6 比阻 R 1012 mkg- 1 08. 140. 811. 26. 4693. 540. 28927. 36 29. 640. 951. 37. 6892. 320. 1189. 69 310. 761. 061. 412. 2087. 800. 1086. 99 411. 561. 141. 431. 3468. 660. 0895. 67 512. 821. 271. 533. 8566. 150. 0985. 22 614. 101. 391. 532. 3067. 700. 0743. 57 1 27. 5。含 2、 3、 5、 6 g L 沸石的污泥含固率和 b 值均 较低 ,但其脱水前后的体积变化小。污泥中沸石含量 增高或降低 ,其污泥脱水前后体积变化均下降 。说明 沸石含量少 ,其不足于改善污泥的性能; 沸石含量高, 对污泥的脱水性能有显著改善 ,但污泥脱水前后的体 积变化梯度降低 。 3. 2 含沸石污泥的好氧消化与膜分离研究 从图 2 中可以看出 ,在好氧和相同抽吸时间条件 下,含沸石污泥的水通量为新鲜剩余污泥水通量的 2. 5 倍。含沸石污泥在膜分离中表现出很好的分离 性能 。沸石为刚性颗粒, 其与污泥混合后形成相互分 散的松散结构, 沸石成为污泥的骨架, 而使整个泥饼 层变得疏松 ,易脱落, 变形性减小 , 膜阻力降低, 而有 利于水通过泥饼层。此外 ,沸石对污泥中的胶体物质 具有很好的吸附作用 [ 1] ,胶体物质的减少, 减轻了对 膜的污染。利于维持较为稳定的水通量。说明投加 沸石利于污泥好氧过程中的膜分离 ,对污泥的好氧处 置有促进作用。 图 2 好氧条件下含沸石污泥与池二污泥的膜通量 3. 3 含沸石污泥的处置 3. 3. 1 含沸石污泥的成分 金属盐的积累 根据物料平衡计算 ,投加除磷剂 硫酸亚铁 运行 3 倍泥龄后 ,铁盐的积累接近平衡浓 度。此时取风干 、 研磨过 200 目筛后的污泥 1 g 进行 等离子体发射光谱下测定。无沸石污泥和池三含沸 石污泥分别含 TFe83. 7 mg g 和 65. 8 mg g , 或每升混 合液 含 218 mg 、379 mg 包 括 沸 石 的 含 铁 量 27. 5 mg L , 而 未 投 加 除 磷 剂 时 无 沸 石 污 泥 含 TFe12. 3 mg g ,投加除磷剂后无沸石污泥和池三含沸 石污泥金属铁含量较未投加除磷剂增加了 5. 5 和 4. 9 倍。 每升混合液污泥铁含量较未投加除磷剂增加 了5. 8 和10. 5 倍 。 说明投加除磷剂和沸石后, 总铁在 污泥中被积累。 重金属的钝化 池三含沸石污泥重金属分析结 果显示在处理相同污水量的条件下 ,池三每升混合液 的重金属含量明显高于无沸石污泥, 除锌仅增加 0. 5 倍外 ,Cu 、 Pb 、 Cr、Cd 增加了 1 倍左右 ,As 增加了 84 环 境 工 程 2005年 6 月第23 卷第3 期 近2倍 。 说明投加沸石利于污水中重金属钝化或固 定,并产生富集 。 常量元素变化 投加沸石后池三每克干污泥的 K、 Na、 Si 、 Al 明显高于池二,Ca、 Mg 、 P 二者较为接近; 池三中每升混合液污泥的常量元素较池二每升混合 液污泥的K 和 Na 增加了 3 倍左右 ,Ca 和Mg 增加了 1 倍左右 、 Al 和Si 分别增加了 5 倍和 104 倍。投加沸 石后污泥的 K、 Na 、 Si 、 Al 等硅酸盐成分明显增加, 并 与粘土的成分较为接近。 难降解有机物的积累 沸石和含沸石污泥能吸 附难降解有机物 ,而使污泥中含有难降解有机物。难 降解有机物属于低水溶性化合物, 在污水处理中绝大 部分只是从污水中转移到污泥中 , 并未真正被去除。 含沸石污泥的拉曼光谱特征峰显示 ,污泥含有机物的 种类有多环芳烃类 1 种、单环芳烃类 2 种、烷烃类 3 种 、 醚类 1 种、 杂环类 1 种、 烯烃类 2种以及砜类等, 与该污水处理厂污泥色谱-质谱分析结果接近, 但种 类少些 [ 3] 。由于该污水处理厂为生活污水 ,各种有机 物的含量较低。 3. 3. 2 含沸石污泥资源化途径 污泥的土地利用是一种积极、有效和有前途的污 泥处置方式 。城市污泥成分复杂 , 含有大量有机物、 氮、 磷等植物营养组分,但同时也含有重金属 、 有毒和 有害的难降解有机物、病原体等, 而对污泥的土地利 用有重要影响。资料显示 ,池三中干污泥的含磷量与 池二相近, Si 和 K 明显高于池二, 肥力较好, 说明投 加沸石对改善污泥肥分有一定的作用, 有利于污泥的 土地利用。但污泥中的 As 含量已超标, 在酸性土壤 中施用时 ,Zn 和 Cd 也超过了农用污泥中污染物控制 标准 GB4284- 84 。由于 Cd 为严重污染重金属元 素 [ 4] ,含沸石污泥只适宜林木花卉的施用, 不能用于 农业种植 ,除非对污泥进行洁净化处理后再进行土地 利用。 未 来 16 a 内 , 上 海 市 将 新 增 林 地 面 积 1 200 km 2 ,对有机肥料有巨大的需求。此外, 上海市 沿海滩涂和盐碱地面积较大, 有围滩造地的工程规划 和在奉贤围滩绿化造地的实践 。所以,含沸石污泥作 为绿化基肥在上海使用具有广阔的前景 。 此外, 分析结果还显示 , 含沸石污泥 Al 和 Si 分 别增加了 5 倍和 104 倍 。投加沸石后污泥中 K、Na、 Si 、 Al 等硅酸盐成分明显增加 ,并与粘土的成分较为 接近 ,可以作为建筑材料 。 4 结论 1 含沸石污泥比阻随沸石含量增加而降低。当 含沸石4 g L 时 ,脱水污泥泥饼的含水率显著降低 ,污 泥脱水前后的体积变化大 。当沸石含量再增加时 ,污 泥的脱水性能仍有改善, 但污泥脱水前后的体积变化 降低 。 2 投加沸石利于污泥好氧过程中的膜分离, 在 好氧和相同抽吸时间条件下, 含沸石污泥的水通量为 新鲜剩余污泥水通量的 2. 5 倍 。 3 投加沸石利于钝化污水中的重金属 ,吸附污 水中的难降解有机物 ,但同时也改变了污泥的成分, 显著增加了 Si 、 Al 、 K、 Na 等无机组成。因而含沸石污 泥宜作为林木花卉的基肥和作为建筑材料。 参考文献 1 成官文. 沸石强化A O 生物脱氮 -同步化学除磷研究. 同济大学博 士学位论文, 2004. 2 成官文, 吴志超, 章非娟等. 化学除磷对沸石强化 A O 工艺运行的 运行. 中国给水排水,2003. 19 13 17～ 20. 3 马娜, 陈玲, 熊飞. 几类城市污泥性质的研究与比较. 同济大学博士 环境论坛周年庆论文集,2002. 109～ 112. 4 徐强, 张春敏, 赵丽君. 污泥处理处置技术及装置. 北京 化学工业 出版社, 2003. 121～ 127. 作者通讯处 成官文 541004 桂林工学院资源与环境工程系 电话 0773 5897016 2004- 05-08 收稿 书 讯 中冶集团建筑研究总院教授级高工刘爱芳编著的粉尘分离与过滤一书已出版 。全书分为四篇,第一 、 二 篇内容为粉尘性质及粉尘危害性、粉尘颗粒分级试验、试验用标准粉尘和一般防尘技术; 第三 、 四篇介绍粉尘净 化技术。是从事环保工作人员 、 大专院校及有关专业的教学参考书。该书为大 32 开本 ,定价 18. 00 元, 欲购者 请直接与本刊编辑部联系 ,电话 010 82227236,购书时需附加 2. 00 元包装及邮费 。 85 环 境 工 程 2005年 6 月第23 卷第3 期 STUDY ONP-RECOVERY AS GUANO FROM WASTEATER TREATMENT PLANT Wang Shaogui et al 78 Abstract Phosphorus is a non -renewable and limited resource, and is also the key element that causes eutrophication of waters. In recent years, with the decrease of world s phosphorus resource, many phosphate recovery processes have appeared inwastewater treatment plants. While in China, the stuy of this area is still in the beginning. So , the authors have done some work in order to analyze the parameters of the phosphate recovery. And based on the parameters, further research will be done. Keywords guano, phosphate recovery and wastewater treatment plant PREPARATION OF BRICK FROM USED SAND IN CASTING PROCESS AND ITS ECONOMIC ANALYSISYang Jiakuan et al 81 Abstract Investigations have been carried out into development of bricks from used casting sand in Shiyan Casting Base of Dongfeng Automoblie Company . The study revealsthat the good quality bricks canbe producedwith the addition of cement lessthan 3wt. The compressive strength over 15 MPa have been obtained after 28 days curing at ambient conditions. The bricks reach the standard of MU15 high quality products GB11945 -1999. According to the cost -benefit analysis, the cost of a brick of 240 mm 115 mm53 mm can be controlled under RMB 0. 1 yuan. The results show that the bricks from used sand have good economic benefits. Keywords used casting sand, non -fired bricks, compressive strength and curing at ambient conditions ASTUDYONDISPOSALOFSLUDGEOFTHEA OPROCESSOFMICROBIAL DENITROGENATIONENHANCEDBYZEOLITEANDSYNCHRONOUSCHEMICAL PHOSPHORUS REMOVAL IN THE TREATMENT OF MUNICIPAL WASTEWATER Cheng Guanwen et al 83 Abstract The pilot test result showed that, after addition of suitable content zeolite to the A O tank, the sludge contained zeolite had a low resistance and a high membrane flux . And the heavy metals were inactivated in municipal wastewater and non degradable organic matters were adsorbedby the sludge contained zeolite, aswell as the sludge compressibility was decreased. Besides, it also changed the chemical composition of the sludge and added the inorganic substances such as silicon, aluminium, potassium and sodium, and evidently influenced the way to reuse the sludge. Keywords disposal of sludge, zeolite, nitrogen and phosphorus removal and municipal sewage ACTIVE CONTROL OF DYNAMIC WIND SPEED IN ENVIRONMENTAL WIND TUNNEL Zhang Hongyan et al 86 Abstract This paper presents a for active control of dynamic wind speed in environmental wind tunnel based on Kingivew 6. 0. It setsup the communication between Kingiview and transducer of ACS400 using Modbus Protocol. The computer and transducer were connected through the RS232 to RS485 converter, and then the power system was driven to obtain the sinusoidalwind sequence in wind tunnel. It provides a basis and effective means for further research on simulation of all sorts of typical gusts. Keywords gust, environmental wind tunnel test, Kingiview 6. 0, control system and ACS400 transducer THE APPLICATION OFFUZZY MULTIPLE ATTRIBUTE DECISION MAKING FOR SITE SELECTION OF LANDFILLShao Guoxia et al 88 Abstract According to the fuzzy characteristics of the effect factors and its weight of site selectionof solid a landfill, it isproposed adopting the of fuzzy multiple attribute decisionmaking to solve the problem of site selection of landfill. On the basisof analyzing the importanteffect factors of site slection of the landfill, it is set forth thinking, principle and of the landfill site optimization by adopting fuzzy multiple attribute decision making. An actual example is used to demonstrate feasibility and rationalization of the for site selection of solid waste landfill. Keywords landfill, site slection, multiple attribute and muzzy decision making Manager Central Research Institute of Building and Construction of MCC Group Publisher Industrial Construction Magazine Agency Editor The Editorial Department of Environmental Engineering 33, Xitucheng Road, Haidian District , Beijing 100088, China Telephone 01082227637、82227638 Fax 01082227637 Chief EditorWeng Zhongying Domestic All Local Posts DistributorChina International Book Trading Corporation P . O. Box 399, Beijing China Journalistic Code ISSN1000-8942 CN11-2097 X E-mail Addresshjgc hjgc. com. cn hjgc mail . yj. cn. net WWW Addresshttp www. hjgc. com. cn 6 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 23,No. 3, Jun. , 2005