水體富營(yíng)養(yǎng)化及其導(dǎo)致的藍(lán)藻水華是目前我國(guó)眾多湖泊和水庫(kù)面臨的重要環(huán)境問(wèn)題隊(duì)大量藍(lán)藻漂浮于水面，隨風(fēng)漂移到岸邊，腐爛后污染水質(zhì)，散發(fā)嗅味，污染周邊環(huán)境。為了緩解藍(lán)藻水華對(duì)水環(huán)境的影響，將藍(lán)藻漿打撈出湖泊，再通過(guò)混凝沉淀(或氣浮)進(jìn)行藻水分離，上清廢水排入湖泊，濃縮后的藻泥經(jīng)脫水后處置利用。若打撈的藍(lán)藻漿已經(jīng)開(kāi)始腐爛，藻細(xì)胞內(nèi)的藻液將釋放到水中，藻水分離后的廢水中將會(huì)含有大量有機(jī)污染物(蛋白質(zhì)、多糖、腐殖酸等)P1、總氮、總磷以及藻毒素等，直接排入水體將對(duì)水環(huán)境造成較大的污染，威脅供水安全。
為了處理藻水分禽廢水，本文建立了一套AO曝氣生物濾池+紫外催化氧化+物化沉淀工藝，去除廢水中的有機(jī)物、氮、磷以及藻毒素等，并優(yōu)化了工藝參數(shù)。
一、實(shí)驗(yàn)部分
1.1 水樣準(zhǔn)備
從無(wú)錫太湖梅梁湖取藍(lán)藻漿，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的自然腐爛，投加PAC和PAM進(jìn)行混凝沉淀，取上層清液備用。廢水的COD為250mg/L，TN、TP和藻毒素的質(zhì)量濃度分別為400mg/L、2.58mg/L和1.69μg/L。
1.2 實(shí)驗(yàn)裝置
工藝流程包括AO曝氣生物濾池、紫外催化氧化及物化沉淀。實(shí)驗(yàn)裝置由厭氧生物過(guò)濾柱、好氧生物過(guò)濾柱、紫外催化氧化裝置、進(jìn)水泵、回流泵及空氣泵組成，如圖1所示。
厭氧生物過(guò)濾柱用有機(jī)玻璃制作，內(nèi)徑9cm，高度120cm。柱內(nèi)填充陶粒，粒徑3〜5_，填充高度60cm。厭氧生物過(guò)濾柱用有機(jī)玻璃制作，內(nèi)徑9cm，高度295cm。柱內(nèi)填充陶粒，粒徑3〜5mm，填充高度180cm。柱內(nèi)填料底部設(shè)置微孔曝氣頭。
紫外催化氧化裝置用有機(jī)玻璃制作，長(zhǎng)度55cm，直徑15cm，內(nèi)部裝有套有石英管的紫外燈管，紫外燈管的功率為30W，配備型號(hào)為12WZ-8揚(yáng)程為10m的全自動(dòng)增壓泵。
進(jìn)水泵及回流泵用型號(hào)為BT100-1J的恒流蠕動(dòng)泵?？諝饫跤眯吞?hào)為L(zhǎng)P-40、最大水深為2.8m的充氧氣泵。
1.3 實(shí)驗(yàn)方法
實(shí)驗(yàn)的進(jìn)水流量為2L/h，厭氧生物過(guò)濾柱水力停留時(shí)間為1.91h，柱內(nèi)溶解氧濃度控制在2〜3mg/L，用HC1和NaHC03調(diào)節(jié)水樣pH為7.0〜7.5。好氧生物過(guò)濾柱水力停留時(shí)間為5.73h，柱內(nèi)溶解氧濃度控制在0.5mg/L以下，pH控制在7.0〜8.0。硝化液回流比為100%〜200%。待裝置穩(wěn)定運(yùn)行后，測(cè)定裝置對(duì)COD、TN等主要污染物的去除效果。
取AO曝氣生物濾池的出水充滿紫外催化氧化裝置，啟動(dòng)循環(huán)泵，光照射T時(shí)間后放出水樣，搖勻測(cè)定藻毒素濃度。改變光照射時(shí)間分別為〇.17、0.5、l、2、5min，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。
用六聯(lián)攪拌器進(jìn)行混凝沉淀除磷實(shí)驗(yàn)，取AO曝氣生物濾池出水1000mL六份分別加入六個(gè)燒杯中，分別投加PAC為10、20、40、60、80、100mg/L，啟動(dòng)六聯(lián)攪拌器，300r/min攪拌lmin，50r/min攪拌15min，然后靜置沉淀30min。沉淀后取上清液經(jīng)0.45濾膜過(guò)濾后測(cè)定TP含量。
1.4 測(cè)試指標(biāo)及分析方法
主要測(cè)試指標(biāo)包括COD、TN、TP及藻毒素濃度。其中COD分析采用重鉻酸鉀法;TN分析采用過(guò)硫酸鉀氧化-紫外分光光度法;TP分析采用鉬酸銨分光光度法。上述各項(xiàng)指標(biāo)分析方法均參照水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法
藻毒素濃度采用美國(guó)Beacon公司生產(chǎn)的96孔檢測(cè)試劑盒在450nm波長(zhǎng)下讀板檢測(cè)
1.5 系統(tǒng)的掛膜與啟動(dòng)
從揚(yáng)州某污水處理廠取活性污泥進(jìn)行生物濾料的接種%將活性污泥倒入裝有陶粒填料的過(guò)濾柱中，靜置2〜3d，然后將活性污泥排出。向好氧和厭氧生物過(guò)濾柱內(nèi)注入生活污水，同時(shí)向厭氧生物過(guò)濾內(nèi)投加140mL質(zhì)量濃度為300mg/L的硝酸鉀。好氧生物過(guò)濾柱曝氣，保持溶解氧質(zhì)量濃度為3mg/L以上，厭氧柱投加硫代硫酸鈉控制溶解氧小于0.5mg/L。每天放空過(guò)濾柱并重新充入生活污水。取好氧生物過(guò)濾柱水樣測(cè)定COD，取厭氧生物過(guò)濾柱水樣測(cè)定TN。過(guò)濾柱對(duì)COD、TN的去除效果見(jiàn)圖2、圖3。由圖2可知，反應(yīng)器中的生物膜適應(yīng)良好，生活污水COD易被降解，從進(jìn)水的200mg/L左右下降到50mg/L以下，去除率基本穩(wěn)定在85%左右，半個(gè)月后柱內(nèi)填料逐漸變黃，濾料表面出現(xiàn)生物絮體。由圖3可知，反硝化菌生長(zhǎng)適應(yīng)良好，投加的硝酸鹽易被去除，從進(jìn)水的90mg/L左右下降至40mg/L左右，TN去除率基本穩(wěn)定在42%左右，半個(gè)月后柱內(nèi)填料逐漸變黑，濾料表面出現(xiàn)生物絮體。綜上所述，判斷掛膜成功。
二、結(jié)果與討論
2.1 COD去除效果
AO曝氣生物濾池在進(jìn)水流量為2L/h，厭氧生物過(guò)濾柱水力停留時(shí)間為1.91h，好氧生物過(guò)濾柱水力停留時(shí)間為5.73h，硝化液回流比為100%的工況下穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，AO曝氣生物濾池對(duì)COD的去除效果如圖4所示。由圖4可知(0—26d)，隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，反應(yīng)器中的生物膜逐漸適應(yīng)藻水分離廢水，出水COD趨于穩(wěn)定，當(dāng)進(jìn)水COD在250mg/L左右時(shí)，出水COD在46〜50mg/L左右，去除率達(dá)到80%左右。因需要補(bǔ)充碳源進(jìn)行脫氮，將進(jìn)水的COD提升至2000mg/L左右(27—46d)，從圖4中還可以看出，出水COD依舊在46〜50mg/L左右，出水水質(zhì)達(dá)到城鎮(zhèn)污水排放一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。
2.2 TN去除效果
曝氣生物濾池在進(jìn)水流量為2L/h，厭氧生物過(guò)濾柱水力停留時(shí)間為1.91h，好氧生物過(guò)濾柱水力停留時(shí)間為5.73h，硝化液回流比為100%的工況下穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，AO曝氣生物濾池對(duì)TN的去除效果如圖5前26天所示。當(dāng)進(jìn)水的TN質(zhì)量濃度為400mg/L左右時(shí)，出水TN的質(zhì)量濃度為300mg/L左右，去除率只有25%左右，未達(dá)到預(yù)計(jì)的去除效果。其原因是廢水中的碳源遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足脫氮要求為了提高TN的去除效果，投加無(wú)水乙酸鈉提高C/N比至8左右，讓反硝化菌有充足的碳源進(jìn)行反硝化；除此之外，將回流比由1:1提升至1:2，從而提高反硝化的效率。調(diào)節(jié)上述參數(shù)后，脫氮效果有明顯提高，如圖5的后17天所示，出水TN質(zhì)量濃度下降至200mg/L左右，TN去除率達(dá)到50%左右。后續(xù)將會(huì)嘗試物理化學(xué)的方法進(jìn)一步脫氮使得出水TN達(dá)到相應(yīng)的排放標(biāo)準(zhǔn)。
2.3 藻毒素去除效果
經(jīng)AO曝氣生物濾池處理后，出水藻毒素濃度為1.58pg/L左右，說(shuō)明AO生物作用對(duì)藻毒素的降解去除效果較差。取出水在0.17、0.5、1、2、5min5個(gè)光照時(shí)間下，藻毒素質(zhì)量濃度下降至1.26、0.98、0.84、0.64、0.37μg/L，去除率分別為20.25%、37.97%、46.83%、59.49%、76.58%，結(jié)果見(jiàn)圖6。
藻毒素在本質(zhì)上屬于有機(jī)物的一種，紫外燈的催化氧化會(huì)激發(fā)產(chǎn)生單線態(tài)的氮，單線態(tài)的氮具有強(qiáng)氧化性，能夠?qū)⒃宥舅刂械沫h(huán)狀結(jié)構(gòu)打開(kāi)引發(fā)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。
為了進(jìn)一步探明紫外光催化氧化時(shí)間與藻毒素降解速率之間的關(guān)系，本實(shí)驗(yàn)對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行分析擬合得到一條降解曲線，如圖7所示。藻毒素在前1min內(nèi)快速被降解，去除率約為50%左右，降解的速度約為0.74μg/(L•min)。隨著時(shí)間的推移，降解速率逐漸下降并趨于穩(wěn)定，最終出水藻毒素濃度趨于穩(wěn)定。由此可見(jiàn)紫外燈光對(duì)藻毒素具有降解作用，且隨著光照時(shí)間的增長(zhǎng)，藻毒素降解速率逐漸降低并趨于穩(wěn)定。由此得出結(jié)論，紫外催化最佳氧化時(shí)間為5min左右。
2.4 TP去除效果
水中的磷大多以游離態(tài)磷酸根離子的形式存在，在金屬鹽的混凝沉淀作用下得到有效去除。
經(jīng)AO曝氣生物濾池處理后，出水TP質(zhì)量濃度為2.38mg/L左右。根據(jù)投加量和配置藥劑的濃度，通過(guò)計(jì)算得到化學(xué)除磷的投加系數(shù)β(采用金屬元素的投加量與進(jìn)水中磷元素的物質(zhì)的量比)與反應(yīng)后TP質(zhì)量濃度的關(guān)系圖如圖7所示，隨著投加系數(shù)的增加，TP質(zhì)量濃度不斷降低，當(dāng)投加系數(shù)盧約為3時(shí)，去除效率最高，當(dāng)β達(dá)到8以后，TP的去除率趨于穩(wěn)定，出水濃度穩(wěn)定在0.39mg/L左右，去除率達(dá)到80%左右。
三、結(jié)論
1)采用AO曝氣生物濾池+紫外催化氧化+物化沉淀工藝處理藻水分離廢水，廢水經(jīng)AO曝氣生物濾池后可以有效去除COD、TN等，再通過(guò)紫外催化氧化去除廢水中的藻毒素，最后通過(guò)物化沉淀去除TP。
2)在厭氧生物過(guò)濾柱水力停留時(shí)間為1.91h，好氧生物過(guò)濾柱水力停留時(shí)間為5.73h，回流比為200%，紫外催化氧化時(shí)間為5min，PAC投加量為100mg/L的工況下，平均進(jìn)水COD=250mg/L、p(TN)=400mg/L、p(TP)=2.58mg/L、p(藻毒素)=1.69μg/L的去除率能分別達(dá)到81.17%、55.33%、84.88%、76.58%，出水COD降到50mg/L以下，TP降至0.39mg/L，TN降到200mg/L以下，藻毒素降至0.37μg/L，出水呈無(wú)色透明且沒(méi)有嗅味。除TN外，其余達(dá)到城鎮(zhèn)污水一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。
3)此套工藝既降低了廢水中的污染物濃度，減輕了嗅味，又減輕了水環(huán)境負(fù)擔(dān)，有利于水環(huán)境的修復(fù)。該工藝技術(shù)精煉，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易管理，水質(zhì)處理效果穩(wěn)定。（ >
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