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錳砂濾料與鵝卵石人工濕地應用對比

作者來源:gysxlc       發布時間: 2018-3-22 8:42:08    標簽:錳砂濾料與鵝卵石人工濕地應用對比-嵩鑫濾材
導讀:
錳砂人工濕地顯示出良好的鐵,錳去除能力,出水總鐵和Mn2+濃度基本都在0.05mg/L以下,去除率>90%,而且去除能力并沒有因為HRT的縮短和水溫的下降而降低.

天然錳砂濾料 鵝卵石

錳砂濾料與鵝卵石人工濕地應用對比

    建設人工濕地深度處理鋼鐵企業的排放廢水時采用天然錳砂濾料,與采用鵝卵石人工濕地的處理效果進行對比發現,天然錳砂填料人工濕地具有較好的長期鐵、錳去除效果,鐵離子和錳離子的去除率均在90%以上,當進水總鐵離子和Mn2+濃度分別為0.3~1.2mg/L和0.2~1.1mg/L時,出水中鐵錳的濃度基本保持在0.05mg/L以下,達到了回用水水質標準。而鵝卵石人工濕地會出現鐵、錳的累積和解吸現象,沒有持續的鐵、錳去除能力。同時,天然錳砂濾料人工濕地對COD、TP和NH4+-N的去除效果均好于鵝卵石人工濕地。
    人工濕地由于具有建造和運行費用低、維護簡單、適用面廣、抗沖擊負荷能力強等特點,已被廣泛用于污水的深度處理,在工業廢水處理領域也有大量的應用實例。根據鋼鐵生產廢水中鐵、錳含量較高的特點,采用人工濕地對其進行處理時需要增強除鐵、除錳功能。天然錳砂濾料是人工濕
地系統的重要組成部分,它既為濕地植物和微生物的生長提供載體,又通過一些物理化學途徑去除污水中的污染物。濕地填料必須根據原水水質特征和去除目標進行合理選擇,一般石英砂、鵝卵石、碎瓦等主要用于以SS、COD和BOD為特殊污染物的污水處理,而礦渣、粉煤灰、黃褐土、沸石、頁巖等除磷效果較好。由于鋼鐵廢水的回用處理有除鐵、除錳要求,因此借鑒錳砂濾料過濾生物除鐵除錳工藝的應用效果,采用將天然錳砂濾料作為濕地填料的試驗。
錳砂濾料鐵錳去除效果和原理
    通過分別構建錳砂人工濕地和鵝卵石人工濕地,考察兩者在鐵、錳去除方面的差異。兩個采用PVC制成的垂直流人工濕地均,尺寸皆為1m×0.6m×0.8m;填料層厚度為0.6m,分別裝填粒徑為6~8mm的錳砂和5~15mm的鵝卵石。填料表面不覆土,植物為蘆葦,種植密度約為50株/m2。人工濕地在HRT為5d的條件下啟動運行,連續運行1個月后,植物適應了水質并生長良好,開始對濕地的進、出水進行取樣分析,取樣頻率約為2次/周。待處理效果穩定后以每次減少HRT為1d的幅度增加處理負荷,每個水力負荷下至少穩定運行1個月以上。
    試驗用水取自某大型鋼鐵企業的人工護廠河(用以收集和調蓄經處理達標的鋼鐵生產廢水、生活污水以及雨水,并通過泵站將其排入附近水體),經長期監測,發現其pH值和DO濃度較高,COD、氮和磷的含量較低,鐵、錳濃度變化較大。實驗發現,濁度及鐵、錳濃度不能滿足《城市污水再生利用工業用水水質》的循環冷卻水水質要求,而且當需要采用反滲透技術進行深度脫鹽處理時,COD值也超標。對鐵、錳的去除根據《城市污水再生利用工業用水水質》的標準,鋼鐵廢水再生回用作循環冷卻系統補充水時,鐵、錳濃度應分別控制在0.3mg/L和0.1mg/L以下。試驗中通過監測錳砂人工濕地和鵝卵石人工濕地的運行效果,考察兩者在鐵、錳去除方面的差異。天然錳砂人工濕地顯示出良好的鐵、錳去除能力,出水總鐵和Mn2+濃度基本都在0.05mg/L以下,去除率>90%,而且去除能力并沒有因為HRT的縮短和水溫的下降而降低;鵝卵石石人工濕地對鐵、錳的去除效果不佳,且其去除能力隨運行時間的增加而逐漸減弱,運行了115d后失去了對鐵、錳的去除能力。
    根據錳砂過濾工藝去除地下水中鐵、錳的研究成果,錳砂中的MnO2對Fe2+和Mn2+具有很強的吸附能力,吸附在錳砂表面的Fe2+和Mn2+能在MnO2的催化作用下被氧化,并在錳砂表面生長出生物膜,該生物膜的主要成分為Fe(OH)3·2H2O及MnO2·xH2O,它可與水體中的Fe2+和Mn2+發生如下反應。這種生物膜具有催化再生功能。在中性pH值范圍內,Fe2+、Mn2+就能被生物膜吸附,然后在生物膜的催化作用下迅速氧化水解,又生成了新的Fe(OH)3·2H2O及MnO2·xH2O,補充生物膜物質繼續參與反應。根據已有研究,只要進水溶解氧>3mg/L即可滿足生物除鐵除錳要求。而試驗廢水的溶解氧為3.5~8.3mg/L,再加上蘆葦根系的輸氧作用,因而溶解氧能滿足錳砂填料生物除鐵除錳的要求。鵝卵石人工濕地在運行初期具有一定的鐵、錳去除能力,但這種能力逐漸減弱,且在運行過程中出現了解吸現象。
    整個試驗期間鵝卵石人工濕地對鐵、錳的去除總量較小,前期的吸附量和后期的解吸量基本持平。為驗證鵝卵石填料存在鐵、錳解吸現象,對其進行鐵、錳浸出試驗:從鵝卵石人工濕地內部取出一定量的鵝卵石填料,常溫下攤開陰干;稱取一定量陰干鵝卵石并加入0.5L純水,搖勻后靜置24h;取浸液100mL,用濾紙濾除懸浮雜質后測定Mn2+含量。由于鐵主要以Fe(OH)3絮體形式存在,濾紙過濾會影響對總鐵的測定結果,因此只通過測定浸液中的Mn2+含量來考察鵝卵石填料的解吸現象。鵝卵石填料經過純水浸泡24h后可解吸出一定量的Mn2+。對鵝卵石填料量和浸出液中的錳含量進行線性擬合,結果表明兩者呈線性相關。鵝卵石填料存在鐵、錳解吸現象可能是由于鵝卵石不含MnO2,無法與Fe(OH)3·2H2O和MnO2·xH2O緊密結合,因而隨著生物膜的交替更新,原先吸附在鵝卵石表面的鐵、錳隨脫落的生物膜流出濕地,發生了解吸現象。
錳砂人工濕地對有機物的去除
    由于試驗用水主要為經處理后達標排放的鋼鐵生產廢水,加上河道的自然調蓄,其COD濃度較低,同時BOD/COD值僅為0.14,可生化性較差。對COD的去除效果成熟的錳砂生物填料內存在著復雜的微生物群落,因而對有機物及氨氮有較好的去除效果。,在HRT為2~5d、水溫為9.2~35.5℃時,錳砂人工濕地對COD的去除率在50.7%~54.6%之間變化,出水濃度都能穩定在10mg/L以下,滿足反滲透脫鹽工藝的進水水質要求,而相同條件下的鵝卵石人工濕地對COD的去除率只有22.8%~35.5%?梢,錳砂人工濕地比鵝卵石人工濕地具有更好的COD去除能力,這可能與錳砂填料床內存在更豐富的微生物群落有關。
錳砂人工濕地除氮,磷能力
   由于錳砂人工濕地內的微生物群落更為豐富,因而對氨氮的去除效果略好。錳砂人工濕地和鵝卵石人工濕地都表現出良好的除磷能力,并且對磷的去除效果隨運行時間的增加而逐漸加強。錳砂人工濕地在運行了120d后,即使HRT不斷縮短、水溫不斷降低,出水中的磷仍為痕量;鵝卵石人工濕地運行至第130天時對磷的去除率也提高到90%以上。根據研究發現,人工濕地主要依靠填料的化學吸附作用除磷,據此推斷錳砂對磷的吸附性能優于鵝卵石。
錳砂濾料與鵝卵石人工濕地對比總結
    1,采用錳砂人工濕地深度處理鋼鐵企業的達標排放廢水是可行的,可使出水鐵、錳濃度均降至0.05mg/L以下,完全達到循環冷卻水補充水的水質要求,也滿足反滲透工藝的進水水質要求。
    2,對于可生化性較差的鋼鐵企業達標排放廢水,在HRT為2~5d和水溫為19.2~35.5℃的條件下,錳砂人工濕地對COD的去除率為50.7%~54.6%,而鵝卵石人工濕地的僅為22.8%~35.5%。
    3,錳砂人工濕地對氨氮和總磷的去除效果均好于鵝卵石人工濕地,并且對TP的去除效果隨運行時間的增加而逐漸加強。
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