作者來源:gysxlc 發(fā)布時間： 2018/3/22 8:42:08 標(biāo)簽：錳砂濾料與鵝卵石人工濕地應(yīng)用對比-嵩鑫濾材
導(dǎo)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.
錳砂濾料與鵝卵石人工濕地應(yīng)用對比
建設(shè)人工濕地深度處理鋼鐵企業(yè)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(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)，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(dāng)進(jìn)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(dá)到了回用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。而鵝卵石人工濕地會出現(xiàn)鐵、錳的累積和解吸現(xiàn)象,沒有持續(xù)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(hù)簡單、適用面廣、抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)等特點,已被廣泛用于污水的深度處理,在工業(yè)廢水處理領(lǐng)域也有大量的應(yīng)用實例。根據(jù)鋼鐵生產(chǎn)廢水中鐵、錳含量較高的特點,采用人工濕地對其進(jìn)行處理時需要增強(qiáng)除鐵、除錳功能。天然錳砂濾料是人工濕
地系統(tǒng)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(xué)途徑去除污水中的污染物。濕地填料必須根據(jù)原水水質(zhì)特征和去除目標(biāo)進(jìn)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(yīng)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(gòu)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(xù)運行1個月后,植物適應(yīng)了水質(zhì)并生長良好,開始對濕地的進(jìn)、出水進(jìn)行取樣分析,取樣頻率約為2次/周。待處理效果穩(wěn)定后以每次減少HRT為1d的幅度增加處理負(fù)荷,每個水力負(fù)荷下至少穩(wěn)定運行1個月以上。
試驗用水取自某大型鋼鐵企業(yè)的人工護(hù)廠河(用以收集和調(diào)蓄經(jīng)處理達(dá)標(biāo)的鋼鐵生產(chǎn)廢水、生活污水以及雨水,并通過泵站將其排入附近水體),經(jīng)長期監(jiān)測,發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn),濁度及鐵、錳濃度不能滿足《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》的循環(huán)冷卻水水質(zhì)要求,而且當(dāng)需要采用反滲透技術(shù)進(jìn)行深度脫鹽處理時,COD值也超標(biāo)。對鐵、錳的去除根據(jù)《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》的標(biāo)準(zhǔn),鋼鐵廢水再生回用作循環(huán)冷卻系統(tǒng)補(bǔ)充水時,鐵、錳濃度應(yīng)分別控制在0.3mg/L和0.1mg/L以下。試驗中通過監(jiān)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(jù)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(qiáng)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(fā)生如下反應(yīng)。這種生物膜具有催化再生功能。在中性pH值范圍內(nèi),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(bǔ)充生物膜物質(zhì)繼續(xù)參與反應(yīng)。根據(jù)已有研究,只要進(jìn)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(xiàn)了解吸現(xiàn)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(xiàn)象,對其進(jìn)行鐵、錳浸出試驗:從鵝卵石人工濕地內(nèi)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(zhì)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(jié)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(xiàn)象。鵝卵石填料經(jīng)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(jìn)行線性擬合,結(jié)果表明兩者呈線性相關(guān)。鵝卵石填料存在鐵、錳解吸現(xiàn)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(jié)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(fā)生了解吸現(xiàn)象。
錳砂人工濕地對有機(jī)物的去除
由于試驗用水主要為經(jīng)處理后達(dá)標(biāo)排放的鋼鐵生產(chǎn)廢水,加上河道的自然調(diào)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(nèi)存在著復(fù)雜的微生物群落,因而對有機(jī)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(wěn)定在10mg/L以下,滿足反滲透脫鹽工藝的進(jìn)水水質(zhì)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%。可見,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(nèi)存在更豐富的微生物群落有關(guān)。
錳砂人工濕地除氮,磷能力
由于錳砂人工濕地內(nèi)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(xiàn)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(qiáng)。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(jù)研究發(fā)現(xiàn),人工濕地主要依靠填料的化學(xué)吸附作用除磷,據(jù)此推斷錳砂對磷的吸附性能優(yōu)于鵝卵石。
錳砂濾料與鵝卵石人工濕地對比總結(jié)
1,采用錳砂人工濕地深度處理鋼鐵企業(yè)的達(dá)標(biāo)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(dá)到循環(huán)冷卻水補(bǔ)充水的水質(zhì)要求,也滿足反滲透工藝的進(jìn)水水質(zhì)要求。
2,對于可生化性較差的鋼鐵企業(yè)達(dá)標(biāo)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(qiáng)。
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