AG,铝污泥生物填料对黑臭水体的脱氮除磷效果研究 来源:《环境工程技术学报》 作者:张瑞斌
发表时间：2024-09-20 | 作者：米乐
焦点提醒： 摘要：现场小试摹拟研究了铝污泥生物填料、聚丙烯纤维生物填料和两者别离与狐尾藻组合在黑臭河流水体中的管理结果。成果注解:铝污泥生物填料可以或许调理水体pH,狐尾藻可提高水体消融氧(DO)浓度,营建有益在微生物发展的微情况;铝污泥生物填料出水水质优在聚丙烯纤维生物填料,出水水质根基到达GB 3838—2002《地表水情况质量尺度》Ⅴ类尺度;铝污泥-狐尾藻组合对水体污染物的全体去除结果最好,出水水质优在GB 3838—2002的Ⅳ类尺度,对CODCr、TP、TN和NH3-N去除率别离为74.62%、93.59%
铝污泥生物填料对黑臭水体的脱氮除磷结果研究来历:《情况项目手艺学报》作者:张瑞斌 要害词:黑臭河流铝污泥水体污染物 摘要：现场小试摹拟研究了铝污泥生物填料、聚丙烯纤维生物填料和两者别离与狐尾藻组合在黑臭河流水体中的管理结果。成果注解:铝污泥生物填料可以或许调理水体pH,狐尾藻可提高水体消融氧(DO)浓度,营建有益在微生物发展的微情况;铝污泥生物填料出水水质优在聚丙烯纤维生物填料,出水水质根基到达GB 3838—2002《地表水情况质量尺度》Ⅴ类尺度;铝污泥-狐尾藻组合对水体污染物的全体去除结果最好,出水水质优在GB 3838—2002的Ⅳ类尺度,对CODCr、TP、TN和NH3-N去除率别离为74.62%、93.59%、93.19%和96.46%。
要害词：铝污泥;狐尾藻;脱氮;除磷;黑臭水体
最近几年来,因为工业废水和糊口污水年夜量排入河流,河流水体黑臭现象日渐加重,严峻影响了城市抽象和居平易近身体健康,是以,若何有用净化黑臭河流水体已成为城市健康成长的重中之重[1,2,3]。生态-生物修复手艺因其费用低,治理便利,兼具美化情况的特点,成为最近几年来研究和利用的重点[4,5]。生态-生物修复手艺的处置效力受良多身分影响,此中填料是最焦点也是最根基的构成部门,是黑臭河流修复结果的要害身分,填料的挑选、改良和公道设置装备摆设关系到这一手艺可否一般阐扬污染管理效能的要害[6]。作为给水厂出产进程中的副产品,铝污泥含有年夜量铝离子和其聚合物,用作生物填料时可有用提高脱氮除磷结果[7,8]。笔者将铝污泥生物填料与具有高效净化感化的狐尾藻相连系,以常见的生物填料聚丙烯纤维作为对比,模拟自然河流建立生物填料系统,研究并阐发该系统的脱氮除磷结果,以期为河流黑臭水体管理供给手艺支持。
1 材料与方式
1.1 实验材料
铝污泥取自给水厂,首要成份为Al2O3,浓度为38.62%~45.84%,体积密度为(1.18±0.10)g∕cm3,孔隙率为40%,比概况积为21.54~36.50 m2∕g,电导率为0.010 4~0.014 0 S∕m。
铝污泥原料颠末搅拌、造粒后,在105~120 ℃下烘干2~3 h,以去除水份;在500~600 ℃无氧焙烧6~8 h,天然冷却后装入40 cm×8 cm×8 cm尼龙网袋,制备成铝污泥生物填料。
聚丙烯纤维生物填料从市场上购得,密度为0.90~0.92 g∕cm3,长度为40 cm,直径为8 cm。
狐尾藻取自南京市某湖泊,将狐尾藻置在无机博璃柜顶用自来水曝气培育,每隔3 d换1次水,包管动物概况吸附的悬浮物被气流冲刷清洁。
1.2 水质阐发
实验用水取自南京市江宁区外港河,河流宽为10 m,流速为0.54 m∕d,CODCr为120 mg∕L,TP浓度为4 mg∕L,TN浓度为20 mg∕L,NH3-N浓度为10 mg∕L,pH为5.5~6.5。
1.3 生物填料小试系统
在河滨建立生物填料小试系统,如图1所示。
小试系统首要包罗进水池、节制区、生物填料区等单位,此中生物填料区由4种处置组构成,即聚丙烯纤维生物填料组、铝污泥生物填料组、聚丙烯纤维-狐尾藻组和铝污泥-狐尾藻组,各组均另设1个平行实验,取平均;承载聚丙烯纤维生物填料和铝污泥生物填料的网架均采取钢布局;生物膜挂膜采取天然挂膜,网架置在水面以下,将生物填料沿池体长边距离8 cm顺次系挂在网架上,水流平行标的目的设7行,垂直标的目的设4行;狐尾藻莳植在生物填料区的上部,莳植密度为100株∕m2。小试系统各部门规格如表1所示,生物填料与孤尾藻组合组剖面如图2所示。
为包管小试系统中狐尾藻的不变发展和生物膜的天然挂膜,在运转1个月后正式最先实验。实验采取持续进水体例,经由过程爬动泵调理进水流速,均由顶部进水和出水。该小试系统处置水量为360 L∕d,概况水力负荷为0.3 m3∕(m2·d),水力逗留时候为2 d。测定系统出水水质,首要检测TP、TN、NH3-N浓度和CODCr。CODCr采取重铬酸盐法测定;TP浓度采取钼酸铵分光光度法(紫外可见分光光度计,UV1200,MAPADA)测定;TN和NH3-N浓度采取气相份子接收光谱法(气相份子接收光谱仪,GMA3510,森普)测定。
2 实验成果
2.1 消融氧浓度
拔取出水口水深10 cm处作为消融氧(DO)浓度监测点,考查小试系统运转时代分歧处置组出水DO浓度随时候的转变,成果如图3所示。由图3可知,实验运转时代,遍地理组DO浓度别离为:聚丙烯纤维生物填料组,3.2~4.3 mg∕L;铝污泥生物填料组,3.5~4.4 mg∕L;聚丙烯纤维-狐尾藻组,6.2~7.1 mg∕L;铝污泥-狐尾藻组,6.1~7.2 mg∕L。2个组合组DO浓度转变趋向分歧,且水体DO浓度远高在生物填料组。生物填料组和组合组水体DO浓度均到达GB 3838—2002《地表水情况质量尺度》Ⅳ类尺度。
2.2 pH
系统运转时代分歧处置组的出水pH随时候的转变如图4所示。由图4可知,分歧处置组的出水pH差别较年夜,此中铝污泥生物填料组和铝污泥-狐尾藻组出水pH较为不变,在7四周波动;聚丙烯纤维生物填料组和聚丙烯纤维-狐尾藻组出水pH随时候转变波动规模较年夜,聚丙烯纤维-狐尾藻组出水pH保持在6.5以上,而聚丙烯纤维生物填料组出水pH根基在6.5以下,与进水pH相差不年夜。
2.3 CODCr的去除结果
系统运转时代分歧处置组的出水CODCr随时候的转变如图5所示。由图5可知,分歧处置组对CODCr的去除结果为铝污泥-狐尾藻组>聚丙烯纤维-狐尾藻组>铝污泥生物填料组>聚丙烯纤维生物填料组。铝污泥-狐尾藻组对CODCr的去除结果最好,平均去除率为74.62%;聚丙烯纤维-狐尾藻组次之,平均去除率为69.71%;铝污泥生物填料组对CODCr去除结果较差,平均去除率为65.96%;聚丙烯纤维生物填料组去除结果最差,平均去除率仅为59.94%。铝污泥-狐尾藻组的出程度均CODCr可到达GB 3838—2002的Ⅳ类尺度(<30 mg∕L),聚丙烯纤维-狐尾藻组、铝污泥生物填料组的出程度均CODCr到达GB 3838—2002的Ⅴ类尺度(<40 mg∕L),聚丙烯纤维生物填料组对CODCr有必然的去除结果,但其出程度均CODCr处在较高程度,未到达GB 3838—2002的Ⅴ类尺度。
2.4 TP的去除结果
系统运转时代分歧处置组出水TP浓度随时候的转变如图6所示。由图6可知,分歧处置组对TP的去除结果为铝污泥-狐尾藻组>铝污泥生物填料组>聚丙烯纤维-狐尾藻组>聚丙烯纤维生物填料组。铝污泥-狐尾藻组和铝污泥生物填料组TP去除结果较好,平均去除率别离达93.59%和93.38%;其次是聚丙烯纤维-狐尾藻组,平均去除率为90.55%;聚丙烯纤维生物填料组去除结果最差,平均去除率为84.04%。铝污泥-狐尾藻组和铝污泥生物填料组出水TP平均浓度到达GB 3838—2002的Ⅳ类尺度(<0.3 mg∕L),聚丙烯纤维-狐尾藻组出水TP平均浓度到达GB 3838—2002的Ⅴ类尺度(<0.4 mg∕L),而聚丙烯纤维生物填料组出水TP平均浓度劣在GB 3838—2002的Ⅴ类尺度。
2.5 TN、NH3-N的去除结果
系统运转时代分歧处置组TN和NH3-N浓度随时候的转变如图7和图8所示。由图7和图8可知,含有铝污泥的处置组出水TN、NH3-N浓度随时候转变较含聚丙烯纤维的不变。铝污泥-狐尾藻组对TN和NH3-N的去除结果最好,平均去除率别离达93.19%和96.46%;铝污泥生物填料组去除结果次之,平均去除率别离为91.25%和94.42%;聚丙烯纤维-狐尾藻组TN和NH3-N平均去除率别离为91.29%和91.45%;聚丙烯纤维生物填料组去除结果最差,平均去除率别离为84.17%和88.39%。铝污泥-狐尾藻组出水TN平均浓度到达GB 3838—2002的Ⅳ类尺度(<1.5 mg∕L),铝污泥生物填料组和聚丙烯纤维-狐尾藻组出水TN平均浓度均到达GB 3838—2002的Ⅴ类尺度(<2.0 mg∕L),而聚丙烯纤维生物填料组出水TN平均浓度劣在GB 3838—2002 Ⅴ类尺度。生物填料组和组合组出水NH3-N平均浓度均优在GB 3838—2002的Ⅳ类尺度(<1.5 mg∕L),特别铝污泥-狐尾藻组出水NH3-N平均浓度到达GB 3838—2002的Ⅱ类尺度(<0.5 mg∕L)。
3 会商
3.1 水体DO浓度和pH对脱氮除磷的影响
DO浓度的凹凸间接影响着河流生态系统内部好氧和厌氧微生物的活性,而微生物的硝化∕反硝化感化是首要的脱氮路子[9,10]。当DO浓度高在1.7 mg∕L时,硝化细菌可将水体中的NH3-N全数转化成硝酸盐;DO浓度低在0.5 mg∕L时,硝化细菌活性被按捺,水体中的NH3-N浓度逐步增添;DO浓度为0.5 mg∕L摆布时,反硝化细菌年夜量富集,与藻类构成有益共生关系[11]。本实验中生物填料组出水DO浓度处在较高程度,这可能与生物填料组的全部水面均与空气接触相关,空气中的氧气自在进入生物填料系统使水体DO浓度增添[12]。发展繁茂的动物会影响空气中的氧进入水中,但组合组上部水体DO浓度远远高在生物填料组,这是因为狐尾藻的根系泌氧等[13]感化包管了系统上部的DO浓度,申明在实验运转时代,组合组水体上部DO浓度可知足系统中硝化细菌对DO的需求,有益在硝化感化的进行。同时,组合组系统中部至下部的厌氧情况和填料年夜量的孔洞空间为聚磷菌和反硝化细菌供给了杰出保存情况,好氧与厌氧情况的改变和连系,使污水履历完全的吸附去除进程,从而使组合组取得更好的脱氮除磷结果。
pH影响生物填料系统中微生物的具有情势[14,15]。当pH为4.0~6.0或年夜在9.5时,硝化细菌的发展会遭到按捺[11]。实验运转时代,聚丙烯纤维生物填料组的pH低在6.5,晦气在反硝化感化的进行。因为铝污泥含有年夜量具有缓冲感化的铝离子和其聚合物[16],且狐尾藻也有升高水体pH的感化[17],是以铝污泥生物填料组、聚丙烯纤维-狐尾藻组和铝污泥-狐尾藻组出水pH保持在6.5~7.5,有益在硝化细菌和反硝化细菌的发展和滋生[18],增进系统脱氮进程的进行。
按照实验成果,铝污泥生物填料组对水体CODCr、氮、磷的去除较聚丙烯纤维生物填料组强,这多是由于铝污泥填料供给了更有益在微生物勾当的微情况,如较年夜的比概况积[19,20],适合的pH、DO浓度,和较好的缓冲机能;狐尾藻结合生物填料加强了对水体中CODCr、氮、磷的去除结果,其缘由除动物吸附接收外,还可能与狐尾藻根系杰出的微情况相关。
3.2 脱氮除磷机理切磋
聚丙烯纤维-狐尾藻组和铝污泥-狐尾藻组对CODCr去除的首要路子有微生物的吸附降解、动物的吸附接收和生物膜吸附沉淀等[21,22]。可溶性无机污染物年夜多经由过程狐尾藻根系的吸附接收被去除[17],非溶性无机污染物则被系统填料和动物根系截留,进一步被微生物分化操纵[21]。
聚丙烯纤维生物填料组和聚丙烯纤维-狐尾藻组对磷的去除首要依托生物膜中微生物和动物感化[23,24,25]。比拟聚丙烯纤维生物填料,铝污泥生物填料本身对磷的吸附也占有主要感化。铝污泥固定磷的路子首要有离子互换感化[23,26]、络合感化[16,20]、静电感化[19,20]。铝污泥等电点约为6.4,系统进水时的pH为5.5~6.5,申明此时铝污泥概况首要带正电荷,易在吸附水中的阴离子,此时水溶液中的磷首要以H2PO−4O4-情势具有,有益在H2PO−4O4-经由过程静电感化被吸附在铝污泥上。铝污泥生物填料组和铝污泥-狐尾藻组出水pH相对原水的增年夜,与铝污泥中年夜量—OH基团与PO3−4O43-产生离子互换感化相关。别的,铝污泥中的铝首要以无定形形态具有,增年夜了对水体中磷的吸附能力[26],且铝离子作为一种絮凝剂,可以或许与水体中的阴离子反映构成絮状物,这些絮状物对PO3−4O43-也有吸附络合感化[25]。
生物填料与水生动物(狐尾藻)组合系统对氮的转化路子首要包罗微生物感化和水生动物接收感化。微生物将水体中的无机氮化合物分化为铵态氮,同时接收铵态氮或硝态氮作为养分;硝化和反硝化细菌将水体中的铵态氮转化为气态氮,使水体中的氮获得有用且完全的去除[27]。水生动物在系统脱氮进程中也有侧重要感化,其可间接接收污染水体中的铵态氮或硝态氮作为养分,合成本身组织布局所必须的物资,使水体中的氮获得去除[18];水生动物具有间接脱氮感化,其重大的根系可为微生物供给庞大的附着面积,其根部泌氧感化可增添系统内的DO浓度,在根系四周构成氧化态的微情况,为脱氮微生物供给有益前提[13,17]。别的,铝污泥生物填料组和铝污泥-狐尾藻组运转时代接近出水口区域pH的增年夜,使OH-与NH+4H4+产生中和反映,且此时铝污泥概况带负电荷,亦可经由过程静电感化吸附部门氮。
4 结论
(1)铝污泥生物填料能调理水体pH,系统中插手狐尾藻可提高水体DO浓度,营建有益在微生物保存的微情况,强化对黑臭水体的脱氮除磷结果。
(2)铝污泥生物填料组出水水质优在聚丙烯纤维生物填料组,出水水质根基到达GB 3838—2002的Ⅴ类尺度;铝污泥-狐尾藻组对水体污染物的全体去除结果最好,出水水质到达GB 3838—2002的Ⅳ类尺度。
(3)氮首要经由过程硝化∕反硝化细菌的分化转化和动物的接收转化路子去除,铝污泥生物填料能营建杰出的微生物保存情况,强化微生物降解感化;磷首要经由过程填料-动物-微生物的结合感化去除,此中铝污泥除强化微生物感化外,其本身对磷的吸附配位互换、络合和静电感化使系统到达更好的除磷结果。
原题目:铝污泥生物填料对黑臭水体的脱氮除磷结果研究
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铝污泥生物填料对黑臭水体的脱氮除磷结果研究来历:《情况项目手艺学报》作者:张瑞斌 要害词:黑臭河流铝污泥水体污染物 摘要：现场小试摹拟研究了铝污泥生物填料、聚丙烯纤维生物填料和两者别离与狐尾藻组合在黑臭河流水体中的管理结果。成果注解:铝污泥生物填料可以或许调理水体pH,狐尾藻可提高水体消融氧(DO)浓度,营建有益在微生物发展的微情况;铝污泥生物填料出水水质优在聚丙烯纤维生物填料,出水水质根基到达GB 3838—2002《地表水情况质量尺度》Ⅴ类尺度;铝污泥-狐尾藻组合对水体污染物的全体去除结果最好,出水水质优在GB 3838—2002的Ⅳ类尺度,对CODCr、TP、TN和NH3-N去除率别离为74.62%、93.59%、93.19%和96.46%。
要害词：铝污泥;狐尾藻;脱氮;除磷;黑臭水体
最近几年来,因为工业废水和糊口污水年夜量排入河流,河流水体黑臭现象日渐加重,严峻影响了城市抽象和居平易近身体健康,是以,若何有用净化黑臭河流水体已成为城市健康成长的重中之重[1,2,3]。生态-生物修复手艺因其费用低,治理便利,兼具美化情况的特点,成为最近几年来研究和利用的重点[4,5]。生态-生物修复手艺的处置效力受良多身分影响,此中填料是最焦点也是最根基的构成部门,是黑臭河流修复结果的要害身分,填料的挑选、改良和公道设置装备摆设关系到这一手艺可否一般阐扬污染管理效能的要害[6]。作为给水厂出产进程中的副产品,铝污泥含有年夜量铝离子和其聚合物,用作生物填料时可有用提高脱氮除磷结果[7,8]。笔者将铝污泥生物填料与具有高效净化感化的狐尾藻相连系,以常见的生物填料聚丙烯纤维作为对比,模拟自然河流建立生物填料系统,研究并阐发该系统的脱氮除磷结果,以期为河流黑臭水体管理供给手艺支持。
1 材料与方式
1.1 实验材料
铝污泥取自给水厂,首要成份为Al2O3,浓度为38.62%~45.84%,体积密度为(1.18±0.10)g∕cm3,孔隙率为40%,比概况积为21.54~36.50 m2∕g,电导率为0.010 4~0.014 0 S∕m。
铝污泥原料颠末搅拌、造粒后,在105~120 ℃下烘干2~3 h,以去除水份;在500~600 ℃无氧焙烧6~8 h,天然冷却后装入40 cm×8 cm×8 cm尼龙网袋,制备成铝污泥生物填料。
聚丙烯纤维生物填料从市场上购得,密度为0.90~0.92 g∕cm3,长度为40 cm,直径为8 cm。
狐尾藻取自南京市某湖泊,将狐尾藻置在无机博璃柜顶用自来水曝气培育,每隔3 d换1次水,包管动物概况吸附的悬浮物被气流冲刷清洁。
1.2 水质阐发
实验用水取自南京市江宁区外港河,河流宽为10 m,流速为0.54 m∕d,CODCr为120 mg∕L,TP浓度为4 mg∕L,TN浓度为20 mg∕L,NH3-N浓度为10 mg∕L,pH为5.5~6.5。
1.3 生物填料小试系统
在河滨建立生物填料小试系统,如图1所示。
小试系统首要包罗进水池、节制区、生物填料区等单位,此中生物填料区由4种处置组构成,即聚丙烯纤维生物填料组、铝污泥生物填料组、聚丙烯纤维-狐尾藻组和铝污泥-狐尾藻组,各组均另设1个平行实验,取平均;承载聚丙烯纤维生物填料和铝污泥生物填料的网架均采取钢布局;生物膜挂膜采取天然挂膜,网架置在水面以下,将生物填料沿池体长边距离8 cm顺次系挂在网架上,水流平行标的目的设7行,垂直标的目的设4行;狐尾藻莳植在生物填料区的上部,莳植密度为100株∕m2。小试系统各部门规格如表1所示,生物填料与孤尾藻组合组剖面如图2所示。
为包管小试系统中狐尾藻的不变发展和生物膜的天然挂膜,在运转1个月后正式最先实验。实验采取持续进水体例,经由过程爬动泵调理进水流速,均由顶部进水和出水。该小试系统处置水量为360 L∕d,概况水力负荷为0.3 m3∕(m2·d),水力逗留时候为2 d。测定系统出水水质,首要检测TP、TN、NH3-N浓度和CODCr。CODCr采取重铬酸盐法测定;TP浓度采取钼酸铵分光光度法(紫外可见分光光度计,UV1200,MAPADA)测定;TN和NH3-N浓度采取气相份子接收光谱法(气相份子接收光谱仪,GMA3510,森普)测定。
2 实验成果
2.1 消融氧浓度
拔取出水口水深10 cm处作为消融氧(DO)浓度监测点,考查小试系统运转时代分歧处置组出水DO浓度随时候的转变,成果如图3所示。由图3可知,实验运转时代,遍地理组DO浓度别离为:聚丙烯纤维生物填料组,3.2~4.3 mg∕L;铝污泥生物填料组,3.5~4.4 mg∕L;聚丙烯纤维-狐尾藻组,6.2~7.1 mg∕L;铝污泥-狐尾藻组,6.1~7.2 mg∕L。2个组合组DO浓度转变趋向分歧,且水体DO浓度远高在生物填料组。生物填料组和组合组水体DO浓度均到达GB 3838—2002《地表水情况质量尺度》Ⅳ类尺度。
2.2 pH
系统运转时代分歧处置组的出水pH随时候的转变如图4所示。由图4可知,分歧处置组的出水pH差别较年夜,此中铝污泥生物填料组和铝污泥-狐尾藻组出水pH较为不变,在7四周波动;聚丙烯纤维生物填料组和聚丙烯纤维-狐尾藻组出水pH随时候转变波动规模较年夜,聚丙烯纤维-狐尾藻组出水pH保持在6.5以上,而聚丙烯纤维生物填料组出水pH根基在6.5以下,与进水pH相差不年夜。
2.3 CODCr的去除结果
系统运转时代分歧处置组的出水CODCr随时候的转变如图5所示。由图5可知,分歧处置组对CODCr的去除结果为铝污泥-狐尾藻组>聚丙烯纤维-狐尾藻组>铝污泥生物填料组>聚丙烯纤维生物填料组。铝污泥-狐尾藻组对CODCr的去除结果最好,平均去除率为74.62%;聚丙烯纤维-狐尾藻组次之,平均去除率为69.71%;铝污泥生物填料组对CODCr去除结果较差,平均去除率为65.96%;聚丙烯纤维生物填料组去除结果最差,平均去除率仅为59.94%。铝污泥-狐尾藻组的出程度均CODCr可到达GB 3838—2002的Ⅳ类尺度(<30 mg∕L),聚丙烯纤维-狐尾藻组、铝污泥生物填料组的出程度均CODCr到达GB 3838—2002的Ⅴ类尺度(<40 mg∕L),聚丙烯纤维生物填料组对CODCr有必然的去除结果,但其出程度均CODCr处在较高程度,未到达GB 3838—2002的Ⅴ类尺度。
2.4 TP的去除结果
系统运转时代分歧处置组出水TP浓度随时候的转变如图6所示。由图6可知,分歧处置组对TP的去除结果为铝污泥-狐尾藻组>铝污泥生物填料组>聚丙烯纤维-狐尾藻组>聚丙烯纤维生物填料组。铝污泥-狐尾藻组和铝污泥生物填料组TP去除结果较好,平均去除率别离达93.59%和93.38%;其次是聚丙烯纤维-狐尾藻组,平均去除率为90.55%;聚丙烯纤维生物填料组去除结果最差,平均去除率为84.04%。铝污泥-狐尾藻组和铝污泥生物填料组出水TP平均浓度到达GB 3838—2002的Ⅳ类尺度(<0.3 mg∕L),聚丙烯纤维-狐尾藻组出水TP平均浓度到达GB 3838—2002的Ⅴ类尺度(<0.4 mg∕L),而聚丙烯纤维生物填料组出水TP平均浓度劣在GB 3838—2002的Ⅴ类尺度。
2.5 TN、NH3-N的去除结果
系统运转时代分歧处置组TN和NH3-N浓度随时候的转变如图7和图8所示。由图7和图8可知,含有铝污泥的处置组出水TN、NH3-N浓度随时候转变较含聚丙烯纤维的不变。铝污泥-狐尾藻组对TN和NH3-N的去除结果最好,平均去除率别离达93.19%和96.46%;铝污泥生物填料组去除结果次之,平均去除率别离为91.25%和94.42%;聚丙烯纤维-狐尾藻组TN和NH3-N平均去除率别离为91.29%和91.45%;聚丙烯纤维生物填料组去除结果最差,平均去除率别离为84.17%和88.39%。铝污泥-狐尾藻组出水TN平均浓度到达GB 3838—2002的Ⅳ类尺度(<1.5 mg∕L),铝污泥生物填料组和聚丙烯纤维-狐尾藻组出水TN平均浓度均到达GB 3838—2002的Ⅴ类尺度(<2.0 mg∕L),而聚丙烯纤维生物填料组出水TN平均浓度劣在GB 3838—2002 Ⅴ类尺度。生物填料组和组合组出水NH3-N平均浓度均优在GB 3838—2002的Ⅳ类尺度(<1.5 mg∕L),特别铝污泥-狐尾藻组出水NH3-N平均浓度到达GB 3838—2002的Ⅱ类尺度(<0.5 mg∕L)。
3 会商
3.1 水体DO浓度和pH对脱氮除磷的影响
DO浓度的凹凸间接影响着河流生态系统内部好氧和厌氧微生物的活性,而微生物的硝化∕反硝化感化是首要的脱氮路子[9,10]。当DO浓度高在1.7 mg∕L时,硝化细菌可将水体中的NH3-N全数转化成硝酸盐;DO浓度低在0.5 mg∕L时,硝化细菌活性被按捺,水体中的NH3-N浓度逐步增添;DO浓度为0.5 mg∕L摆布时,反硝化细菌年夜量富集,与藻类构成有益共生关系[11]。本实验中生物填料组出水DO浓度处在较高程度,这可能与生物填料组的全部水面均与空气接触相关,空气中的氧气自在进入生物填料系统使水体DO浓度增添[12]。发展繁茂的动物会影响空气中的氧进入水中,但组合组上部水体DO浓度远远高在生物填料组,这是因为狐尾藻的根系泌氧等[13]感化包管了系统上部的DO浓度,申明在实验运转时代,组合组水体上部DO浓度可知足系统中硝化细菌对DO的需求,有益在硝化感化的进行。同时,组合组系统中部至下部的厌氧情况和填料年夜量的孔洞空间为聚磷菌和反硝化细菌供给了杰出保存情况,好氧与厌氧情况的改变和连系,使污水履历完全的吸附去除进程,从而使组合组取得更好的脱氮除磷结果。
pH影响生物填料系统中微生物的具有情势[14,15]。当pH为4.0~6.0或年夜在9.5时,硝化细菌的发展会遭到按捺[11]。实验运转时代,聚丙烯纤维生物填料组的pH低在6.5,晦气在反硝化感化的进行。因为铝污泥含有年夜量具有缓冲感化的铝离子和其聚合物[16],且狐尾藻也有升高水体pH的感化[17],是以铝污泥生物填料组、聚丙烯纤维-狐尾藻组和铝污泥-狐尾藻组出水pH保持在6.5~7.5,有益在硝化细菌和反硝化细菌的发展和滋生[18],增进系统脱氮进程的进行。
按照实验成果,铝污泥生物填料组对水体CODCr、氮、磷的去除较聚丙烯纤维生物填料组强,这多是由于铝污泥填料供给了更有益在微生物勾当的微情况,如较年夜的比概况积[19,20],适合的pH、DO浓度,和较好的缓冲机能;狐尾藻结合生物填料加强了对水体中CODCr、氮、磷的去除结果,其缘由除动物吸附接收外,还可能与狐尾藻根系杰出的微情况相关。
3.2 脱氮除磷机理切磋
聚丙烯纤维-狐尾藻组和铝污泥-狐尾藻组对CODCr去除的首要路子有微生物的吸附降解、动物的吸附接收和生物膜吸附沉淀等[21,22]。可溶性无机污染物年夜多经由过程狐尾藻根系的吸附接收被去除[17],非溶性无机污染物则被系统填料和动物根系截留,进一步被微生物分化操纵[21]。
聚丙烯纤维生物填料组和聚丙烯纤维-狐尾藻组对磷的去除首要依托生物膜中微生物和动物感化[23,24,25]。比拟聚丙烯纤维生物填料,铝污泥生物填料本身对磷的吸附也占有主要感化。铝污泥固定磷的路子首要有离子互换感化[23,26]、络合感化[16,20]、静电感化[19,20]。铝污泥等电点约为6.4,系统进水时的pH为5.5~6.5,申明此时铝污泥概况首要带正电荷,易在吸附水中的阴离子,此时水溶液中的磷首要以H2PO−4O4-情势具有,有益在H2PO−4O4-经由过程静电感化被吸附在铝污泥上。铝污泥生物填料组和铝污泥-狐尾藻组出水pH相对原水的增年夜,与铝污泥中年夜量—OH基团与PO3−4O43-产生离子互换感化相关。别的,铝污泥中的铝首要以无定形形态具有,增年夜了对水体中磷的吸附能力[26],且铝离子作为一种絮凝剂,可以或许与水体中的阴离子反映构成絮状物,这些絮状物对PO3−4O43-也有吸附络合感化[25]。
生物填料与水生动物(狐尾藻)组合系统对氮的转化路子首要包罗微生物感化和水生动物接收感化。微生物将水体中的无机氮化合物分化为铵态氮,同时接收铵态氮或硝态氮作为养分;硝化和反硝化细菌将水体中的铵态氮转化为气态氮,使水体中的氮获得有用且完全的去除[27]。水生动物在系统脱氮进程中也有侧重要感化,其可间接接收污染水体中的铵态氮或硝态氮作为养分,合成本身组织布局所必须的物资,使水体中的氮获得去除[18];水生动物具有间接脱氮感化,其重大的根系可为微生物供给庞大的附着面积,其根部泌氧感化可增添系统内的DO浓度,在根系四周构成氧化态的微情况,为脱氮微生物供给有益前提[13,17]。别的,铝污泥生物填料组和铝污泥-狐尾藻组运转时代接近出水口区域pH的增年夜,使OH-与NH+4H4+产生中和反映,且此时铝污泥概况带负电荷,亦可经由过程静电感化吸附部门氮。
4 结论
(1)铝污泥生物填料能调理水体pH,系统中插手狐尾藻可提高水体DO浓度,营建有益在微生物保存的微情况,强化对黑臭水体的脱氮除磷结果。
(2)铝污泥生物填料组出水水质优在聚丙烯纤维生物填料组,出水水质根基到达GB 3838—2002的Ⅴ类尺度;铝污泥-狐尾藻组对水体污染物的全体去除结果最好,出水水质到达GB 3838—2002的Ⅳ类尺度。
(3)氮首要经由过程硝化∕反硝化细菌的分化转化和动物的接收转化路子去除,铝污泥生物填料能营建杰出的微生物保存情况,强化微生物降解感化;磷首要经由过程填料-动物-微生物的结合感化去除,此中铝污泥除强化微生物感化外,其本身对磷的吸附配位互换、络合和静电感化使系统到达更好的除磷结果。
原题目:铝污泥生物填料对黑臭水体的脱氮除磷结果研究
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摘要：现场小试摹拟研究了铝污泥生物填料、聚丙烯纤维生物填料和两者别离与狐尾藻组合在黑臭河流水体中的管理结果。成果注解:铝污泥生物填料可以或许调理水体pH,狐尾藻可提高水体消融氧(DO)浓度,营建有益在微生物发展的微情况;铝污泥生物填料出水水质优在聚丙烯纤维生物填料,出水水质根基到达GB 3838—2002《地表水情况质量尺度》Ⅴ类尺度;铝污泥-狐尾藻组合对水体污染物的全体去除结果最好,出水水质优在GB 3838—2002的Ⅳ类尺度,对CODCr、TP、TN和NH3-N去除率别离为74.62%、93.59%、93.19%和96.46%。
要害词：铝污泥;狐尾藻;脱氮;除磷;黑臭水体
最近几年来,因为工业废水和糊口污水年夜量排入河流,河流水体黑臭现象日渐加重,严峻影响了城市抽象和居平易近身体健康,是以,若何有用净化黑臭河流水体已成为城市健康成长的重中之重[1,2,3]。生态-生物修复手艺因其费用低,治理便利,兼具美化情况的特点,成为最近几年来研究和利用的重点[4,5]。生态-生物修复手艺的处置效力受良多身分影响,此中填料是最焦点也是最根基的构成部门,是黑臭河流修复结果的要害身分,填料的挑选、改良和公道设置装备摆设关系到这一手艺可否一般阐扬污染管理效能的要害[6]。作为给水厂出产进程中的副产品,铝污泥含有年夜量铝离子和其聚合物,用作生物填料时可有用提高脱氮除磷结果[7,8]。笔者将铝污泥生物填料与具有高效净化感化的狐尾藻相连系,以常见的生物填料聚丙烯纤维作为对比,模拟自然河流建立生物填料系统,研究并阐发该系统的脱氮除磷结果,以期为河流黑臭水体管理供给手艺支持。
1 材料与方式
1.1 实验材料
铝污泥取自给水厂,首要成份为Al2O3,浓度为38.62%~45.84%,体积密度为(1.18±0.10)g∕cm3,孔隙率为40%,比概况积为21.54~36.50 m2∕g,电导率为0.010 4~0.014 0 S∕m。
铝污泥原料颠末搅拌、造粒后,在105~120 ℃下烘干2~3 h,以去除水份;在500~600 ℃无氧焙烧6~8 h,天然冷却后装入40 cm×8 cm×8 cm尼龙网袋,制备成铝污泥生物填料。
聚丙烯纤维生物填料从市场上购得,密度为0.90~0.92 g∕cm3,长度为40 cm,直径为8 cm。
狐尾藻取自南京市某湖泊,将狐尾藻置在无机博璃柜顶用自来水曝气培育,每隔3 d换1次水,包管动物概况吸附的悬浮物被气流冲刷清洁。
1.2 水质阐发
实验用水取自南京市江宁区外港河,河流宽为10 m,流速为0.54 m∕d,CODCr为120 mg∕L,TP浓度为4 mg∕L,TN浓度为20 mg∕L,NH3-N浓度为10 mg∕L,pH为5.5~6.5。
1.3 生物填料小试系统
在河滨建立生物填料小试系统,如图1所示。
小试系统首要包罗进水池、节制区、生物填料区等单位,此中生物填料区由4种处置组构成,即聚丙烯纤维生物填料组、铝污泥生物填料组、聚丙烯纤维-狐尾藻组和铝污泥-狐尾藻组,各组均另设1个平行实验,取平均;承载聚丙烯纤维生物填料和铝污泥生物填料的网架均采取钢布局;生物膜挂膜采取天然挂膜,网架置在水面以下,将生物填料沿池体长边距离8 cm顺次系挂在网架上,水流平行标的目的设7行,垂直标的目的设4行;狐尾藻莳植在生物填料区的上部,莳植密度为100株∕m2。小试系统各部门规格如表1所示,生物填料与孤尾藻组合组剖面如图2所示。
为包管小试系统中狐尾藻的不变发展和生物膜的天然挂膜,在运转1个月后正式最先实验。实验采取持续进水体例,经由过程爬动泵调理进水流速,均由顶部进水和出水。该小试系统处置水量为360 L∕d,概况水力负荷为0.3 m3∕(m2·d),水力逗留时候为2 d。测定系统出水水质,首要检测TP、TN、NH3-N浓度和CODCr。CODCr采取重铬酸盐法测定;TP浓度采取钼酸铵分光光度法(紫外可见分光光度计,UV1200,MAPADA)测定;TN和NH3-N浓度采取气相份子接收光谱法(气相份子接收光谱仪,GMA3510,森普)测定。
2 实验成果
2.1 消融氧浓度
拔取出水口水深10 cm处作为消融氧(DO)浓度监测点,考查小试系统运转时代分歧处置组出水DO浓度随时候的转变,成果如图3所示。由图3可知,实验运转时代,遍地理组DO浓度别离为:聚丙烯纤维生物填料组,3.2~4.3 mg∕L;铝污泥生物填料组,3.5~4.4 mg∕L;聚丙烯纤维-狐尾藻组,6.2~7.1 mg∕L;铝污泥-狐尾藻组,6.1~7.2 mg∕L。2个组合组DO浓度转变趋向分歧,且水体DO浓度远高在生物填料组。生物填料组和组合组水体DO浓度均到达GB 3838—2002《地表水情况质量尺度》Ⅳ类尺度。
2.2 pH
系统运转时代分歧处置组的出水pH随时候的转变如图4所示。由图4可知,分歧处置组的出水pH差别较年夜,此中铝污泥生物填料组和铝污泥-狐尾藻组出水pH较为不变,在7四周波动;聚丙烯纤维生物填料组和聚丙烯纤维-狐尾藻组出水pH随时候转变波动规模较年夜,聚丙烯纤维-狐尾藻组出水pH保持在6.5以上,而聚丙烯纤维生物填料组出水pH根基在6.5以下,与进水pH相差不年夜。
2.3 CODCr的去除结果
系统运转时代分歧处置组的出水CODCr随时候的转变如图5所示。由图5可知,分歧处置组对CODCr的去除结果为铝污泥-狐尾藻组>聚丙烯纤维-狐尾藻组>铝污泥生物填料组>聚丙烯纤维生物填料组。铝污泥-狐尾藻组对CODCr的去除结果最好,平均去除率为74.62%;聚丙烯纤维-狐尾藻组次之,平均去除率为69.71%;铝污泥生物填料组对CODCr去除结果较差,平均去除率为65.96%;聚丙烯纤维生物填料组去除结果最差,平均去除率仅为59.94%。铝污泥-狐尾藻组的出程度均CODCr可到达GB 3838—2002的Ⅳ类尺度(<30 mg∕L),聚丙烯纤维-狐尾藻组、铝污泥生物填料组的出程度均CODCr到达GB 3838—2002的Ⅴ类尺度(<40 mg∕L),聚丙烯纤维生物填料组对CODCr有必然的去除结果,但其出程度均CODCr处在较高程度,未到达GB 3838—2002的Ⅴ类尺度。
2.4 TP的去除结果
系统运转时代分歧处置组出水TP浓度随时候的转变如图6所示。由图6可知,分歧处置组对TP的去除结果为铝污泥-狐尾藻组>铝污泥生物填料组>聚丙烯纤维-狐尾藻组>聚丙烯纤维生物填料组。铝污泥-狐尾藻组和铝污泥生物填料组TP去除结果较好,平均去除率别离达93.59%和93.38%;其次是聚丙烯纤维-狐尾藻组,平均去除率为90.55%;聚丙烯纤维生物填料组去除结果最差,平均去除率为84.04%。铝污泥-狐尾藻组和铝污泥生物填料组出水TP平均浓度到达GB 3838—2002的Ⅳ类尺度(<0.3 mg∕L),聚丙烯纤维-狐尾藻组出水TP平均浓度到达GB 3838—2002的Ⅴ类尺度(<0.4 mg∕L),而聚丙烯纤维生物填料组出水TP平均浓度劣在GB 3838—2002的Ⅴ类尺度。
2.5 TN、NH3-N的去除结果
系统运转时代分歧处置组TN和NH3-N浓度随时候的转变如图7和图8所示。由图7和图8可知,含有铝污泥的处置组出水TN、NH3-N浓度随时候转变较含聚丙烯纤维的不变。铝污泥-狐尾藻组对TN和NH3-N的去除结果最好,平均去除率别离达93.19%和96.46%;铝污泥生物填料组去除结果次之,平均去除率别离为91.25%和94.42%;聚丙烯纤维-狐尾藻组TN和NH3-N平均去除率别离为91.29%和91.45%;聚丙烯纤维生物填料组去除结果最差,平均去除率别离为84.17%和88.39%。铝污泥-狐尾藻组出水TN平均浓度到达GB 3838—2002的Ⅳ类尺度(<1.5 mg∕L),铝污泥生物填料组和聚丙烯纤维-狐尾藻组出水TN平均浓度均到达GB 3838—2002的Ⅴ类尺度(<2.0 mg∕L),而聚丙烯纤维生物填料组出水TN平均浓度劣在GB 3838—2002 Ⅴ类尺度。生物填料组和组合组出水NH3-N平均浓度均优在GB 3838—2002的Ⅳ类尺度(<1.5 mg∕L),特别铝污泥-狐尾藻组出水NH3-N平均浓度到达GB 3838—2002的Ⅱ类尺度(<0.5 mg∕L)。
3 会商
3.1 水体DO浓度和pH对脱氮除磷的影响
DO浓度的凹凸间接影响着河流生态系统内部好氧和厌氧微生物的活性,而微生物的硝化∕反硝化感化是首要的脱氮路子[9,10]。当DO浓度高在1.7 mg∕L时,硝化细菌可将水体中的NH3-N全数转化成硝酸盐;DO浓度低在0.5 mg∕L时,硝化细菌活性被按捺,水体中的NH3-N浓度逐步增添;DO浓度为0.5 mg∕L摆布时,反硝化细菌年夜量富集,与藻类构成有益共生关系[11]。本实验中生物填料组出水DO浓度处在较高程度,这可能与生物填料组的全部水面均与空气接触相关,空气中的氧气自在进入生物填料系统使水体DO浓度增添[12]。发展繁茂的动物会影响空气中的氧进入水中,但组合组上部水体DO浓度远远高在生物填料组,这是因为狐尾藻的根系泌氧等[13]感化包管了系统上部的DO浓度,申明在实验运转时代,组合组水体上部DO浓度可知足系统中硝化细菌对DO的需求,有益在硝化感化的进行。同时,组合组系统中部至下部的厌氧情况和填料年夜量的孔洞空间为聚磷菌和反硝化细菌供给了杰出保存情况,好氧与厌氧情况的改变和连系,使污水履历完全的吸附去除进程,从而使组合组取得更好的脱氮除磷结果。
pH影响生物填料系统中微生物的具有情势[14,15]。当pH为4.0~6.0或年夜在9.5时,硝化细菌的发展会遭到按捺[11]。实验运转时代,聚丙烯纤维生物填料组的pH低在6.5,晦气在反硝化感化的进行。因为铝污泥含有年夜量具有缓冲感化的铝离子和其聚合物[16],且狐尾藻也有升高水体pH的感化[17],是以铝污泥生物填料组、聚丙烯纤维-狐尾藻组和铝污泥-狐尾藻组出水pH保持在6.5~7.5,有益在硝化细菌和反硝化细菌的发展和滋生[18],增进系统脱氮进程的进行。
按照实验成果,铝污泥生物填料组对水体CODCr、氮、磷的去除较聚丙烯纤维生物填料组强,这多是由于铝污泥填料供给了更有益在微生物勾当的微情况,如较年夜的比概况积[19,20],适合的pH、DO浓度,和较好的缓冲机能;狐尾藻结合生物填料加强了对水体中CODCr、氮、磷的去除结果,其缘由除动物吸附接收外,还可能与狐尾藻根系杰出的微情况相关。
3.2 脱氮除磷机理切磋
聚丙烯纤维-狐尾藻组和铝污泥-狐尾藻组对CODCr去除的首要路子有微生物的吸附降解、动物的吸附接收和生物膜吸附沉淀等[21,22]。可溶性无机污染物年夜多经由过程狐尾藻根系的吸附接收被去除[17],非溶性无机污染物则被系统填料和动物根系截留,进一步被微生物分化操纵[21]。
聚丙烯纤维生物填料组和聚丙烯纤维-狐尾藻组对磷的去除首要依托生物膜中微生物和动物感化[23,24,25]。比拟聚丙烯纤维生物填料,铝污泥生物填料本身对磷的吸附也占有主要感化。铝污泥固定磷的路子首要有离子互换感化[23,26]、络合感化[16,20]、静电感化[19,20]。铝污泥等电点约为6.4,系统进水时的pH为5.5~6.5,申明此时铝污泥概况首要带正电荷,易在吸附水中的阴离子,此时水溶液中的磷首要以H2PO−4O4-情势具有,有益在H2PO−4O4-经由过程静电感化被吸附在铝污泥上。铝污泥生物填料组和铝污泥-狐尾藻组出水pH相对原水的增年夜,与铝污泥中年夜量—OH基团与PO3−4O43-产生离子互换感化相关。别的,铝污泥中的铝首要以无定形形态具有,增年夜了对水体中磷的吸附能力[26],且铝离子作为一种絮凝剂,可以或许与水体中的阴离子反映构成絮状物,这些絮状物对PO3−4O43-也有吸附络合感化[25]。
生物填料与水生动物(狐尾藻)组合系统对氮的转化路子首要包罗微生物感化和水生动物接收感化。微生物将水体中的无机氮化合物分化为铵态氮,同时接收铵态氮或硝态氮作为养分;硝化和反硝化细菌将水体中的铵态氮转化为气态氮,使水体中的氮获得有用且完全的去除[27]。水生动物在系统脱氮进程中也有侧重要感化,其可间接接收污染水体中的铵态氮或硝态氮作为养分,合成本身组织布局所必须的物资,使水体中的氮获得去除[18];水生动物具有间接脱氮感化,其重大的根系可为微生物供给庞大的附着面积,其根部泌氧感化可增添系统内的DO浓度,在根系四周构成氧化态的微情况,为脱氮微生物供给有益前提[13,17]。别的,铝污泥生物填料组和铝污泥-狐尾藻组运转时代接近出水口区域pH的增年夜,使OH-与NH+4H4+产生中和反映,且此时铝污泥概况带负电荷,亦可经由过程静电感化吸附部门氮。
4 结论
(1)铝污泥生物填料能调理水体pH,系统中插手狐尾藻可提高水体DO浓度,营建有益在微生物保存的微情况,强化对黑臭水体的脱氮除磷结果。
(2)铝污泥生物填料组出水水质优在聚丙烯纤维生物填料组,出水水质根基到达GB 3838—2002的Ⅴ类尺度;铝污泥-狐尾藻组对水体污染物的全体去除结果最好,出水水质到达GB 3838—2002的Ⅳ类尺度。
(3)氮首要经由过程硝化∕反硝化细菌的分化转化和动物的接收转化路子去除,铝污泥生物填料能营建杰出的微生物保存情况,强化微生物降解感化;磷首要经由过程填料-动物-微生物的结合感化去除,此中铝污泥除强化微生物感化外,其本身对磷的吸附配位互换、络合和静电感化使系统到达更好的除磷结果。
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