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新型填料—污泥粉煤灰陶粒在生物滤池中处理合成废水的效果研究

韩术鑫  
【摘要】: 污泥与粉煤灰是两种常见的固体废弃物,解决大量污泥和粉煤灰的出路已成为关系人类生态环境安全和可持续发展的一个重要问题。本研究采用污泥、粉煤灰与粘土三种原料联合制得新型填料-污泥粉煤灰陶粒,将其应用于A/O一体式曝气生物滤池与厌氧生物滤池两种污水处理工艺中,着重研究讨论了新型陶粒用于污水处理的可行性与可应用性、潜在的优越性与可替代性,达到了“以废治废”的双重综合利用的目的,取得了巨大的环境效益、社会效益和经济效益。 与商品陶粒(CCP)相比,污泥粉煤灰陶粒(SFCP)具有更大的总空隙率与总比表面积,以及更低的堆积密度和表观密度。SFCP的SEM表观形态显示其表面更为粗糙,主要以大孔分布于表面。其发达的孔隙结构非常有利于微生物在表面的固化附着。SFCP重金属浸出实验显示所有重金属浸出浓度均低于国标规定的阈值。因此,SFCP作为水处理填料是安全可行的,不会引起水处理过程中的二次污染问题。 将新型滤料SFCP应用于A/O一体式BAF系统,研究确定了污水处理的优化运行参数为:水力停留时间(HRT)为2.0h,气水比(A/L)为15:1,回流比(R)为200%。在优化条件下,可去除90%的CODcr,98%以上的NH4+-N和接近70%的TN。反应器不同的功能分区,使得CODCr、NH4+-N与TN的去除随填料高度的改变,呈现出不同的变化规律。 将SFCP与CCP用作上流式厌氧生物滤池(AF)的填料,以考察SFCP用作水处理填料时对CCP的潜在优越性与可替代性,研究结果表明: AF启动稳态运行时的最佳C/N为4.03;该条件下,两反应器在不同容积负荷率下对总氮的去除效果显示,SFCP展现出更佳的运行效果。 重启动阶段中,反应器在C/N为3.5左右时,硝态氮完全转化,SFCP柱的脱硝能力稍次于CCP柱,但随着C/N增加差别逐渐消失。在C/N较低时,亚硝酸盐累积(NA)效应非常明显,且受HRT影响明显,而硝酸盐异化还原(DNRA)效应仅在实验初期有一定影响,随C/N增加其影响可忽略;SFCP柱表现出更低的亚硝酸盐累积效应,且在C/N3.5时尤为明显,在C/N为5.0左右时,NA效应消失。NA效应消失后,TN的去除率也达到最高值,但受DNRA过程的影响,其去除率不能达到100%。反硝化吸磷现象在重启动阶段被发现;随C/N的增加,吸磷率不断提高,且在C/N为3.5左右时迅速上升;C/N为5.0左右时,吸磷率达到最高(55%左右);SFCP柱不仅表现出了良好的脱氮能力,其除磷效率也比CCP柱更高。另外,重启动阶段微生物群落随填料高度均表现出一定的成层性,且磷的去除的分层性比氮更明显;填料进水端25 cm左右为生物膜的主要分布区域,与启动阶段微生物群落分布特性相一致,说明封存期间并未改变柱内的微生物结构分布。 在C/N固定在2.60左右时,HRT与亚硝酸盐累积率存在线性相关性,且CCP柱内二者的相关性更高;受硝态氮未完全转化的影响,TN去除率与HRT的线性相关性相对较差;在不同HRT条件下,SFCP柱仍然保持相对更强的抑制NA效应的能力。 在无外加氮源的条件下,反应器的微生物种群结构发生转化更替,反硝化吸磷菌逐渐被异养厌氧菌取代;除磷效率呈“U”型变化趋势,DNRA效应在高C/N下逐渐增强,C/N30后,呈线性增长趋势。 在厌氧生物滤池启动与重启动阶段,SFCP柱在脱氮除磷方面始终保持着相对高的运行效率,这充分说明,SFCP对CCP具有潜在优越性和可替代性,是一种非常有前景的环保填料。


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