晶种滤池HAP结晶过滤除磷效能及工艺特性研究

摘要

伴随日益严重的水体富营养化问题，世界水资源面临巨大的威胁。污水厂常规的脱氮工艺已基本上能使氮元素达标排放，因此磷元素的污染控制成为目前水资源保护的重要课题。传统生物、化学和吸附除磷法在废水除磷方面发挥了重要作用，但都存在诸多不足，特别是无法实现磷的回收利用。磷是现代工业的重要原料，按照现代开采磷和利用磷的模式，磷资源面临枯竭的危险。结晶法除磷具有良好的除磷效果，并且能从废水中生成可回收利用的HAP（羟基磷酸钙）或MAP（磷酸铵镁）。利用结晶法除磷不仅可以解决日益严重的水体富营养化问题，而且还可以成为解决磷资源危机的途径。结晶法的关键在于晶种的选择。钢渣和矿渣具有较高的CaO、FeO、Al2O3等活性物质含量，具有合成晶种滤料的潜质。
　　 因此为了探讨利用两种晶种滤料处理低浓度含磷废水进行结晶除磷的可行性，本实验以滤池模型反应器为依托，研究滤池过滤工艺处理城市低浓度含磷废水结晶除磷的条件控制规律。试验研究过程中，通过考察钢渣、矿渣、钢渣基复合晶种滤料和矿渣基复合晶种滤料对水溶液中磷的去除动力学特征，对比四种滤料的除磷特性；通过对比钢渣、矿渣、钢渣基复合品种滤料及矿渣基复合晶种滤料的除磷效率及其结晶效果，探讨两种晶种滤料进行结晶除磷的可行性；通过系统考察钙磷比、pH和HRT对滤池结晶除磷的作用效能，寻找两种晶种滤料结晶除磷的工艺优化参数；通过考察COD、氨氮和曝气对结晶除磷效率的影响，研究探讨晶种滤池连续运行的技术控制措施。
　　 研究结果表明，四种材料的平衡磷去除量大小顺序为：矿渣＜矿渣基复合晶种滤料＜钢渣＜钢渣基复合晶种滤料，四种滤料的除磷效果依次为：矿渣＜矿渣基复合晶种滤料＜钢渣基复合晶种滤料＜钢渣，结合除磷效果和除磷反应产物分析，钢渣基复合晶种滤料和矿渣基复合晶种滤料能通过反应时间的延长和进水条件的控制实现磷的回收利用。
　　 提高钙磷比能促进晶种滤池除磷效能的提高。当原水pH=7，HRT为30min时，将钙磷比从1提高到1.5，钢渣基复合晶种滤池能使出水磷浓度低于0.5mg/L;当原水pH=7，HRT为60min时，将钙磷比从2.5提高到3，矿渣基复合晶种滤池能使出水磷浓度能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)》一级A排放标准。
　　 提高pH能提升晶种滤池的除磷效能。当原水pH=7，HRT为30min，n(Ca)/n(P)为1时，将pH从7提高到8，钢渣基复合晶种滤池能使出水磷浓度低于0.5mg/L；当原水pH=7，HRT为60min，n(Ca)/n(P)为2.5时，将pH从7提高到8，矿渣基复合晶种滤池能使出水磷浓度能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)》一级A排放标准。
　　 不同浓度的COD(0～100mg/L)和氨氮(0～30mg/L)对晶种滤池结晶除磷未造成任何影响。
　　 采用曝气的方法可以提高原水的pH值，调整气水比能为结晶过程创造适宜的碱性环境。当原水pH=7，n(Ca)/n(P)为1时，将气水比从0提高到10，钢渣基复合晶种滤池能使出水磷浓度低于0.5mg/L;当原水pH=7，n(Ca)/n(P)为2.5时，将气水比从0提高到10，矿渣基复合晶种滤池能使出水磷浓度能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)》一级A排放标准。
　　 随着HRT的升高，钢渣基复合晶种滤池和矿渣基复合晶种滤池除磷效率都得到提高，源于废水中pH和钙离子浓度的增加。
　　 处理模拟废水，钢渣基复合晶种滤池和矿渣基复合晶种滤池在各自的最优条件下的运行周期分别为16d和14d。通过对结晶产物进行XRD分析，证实了在系统运行后，滤料表面确实出现了磷酸钙盐的积累，品种滤池实现了对磷的回收。