硅藻精土水处理工艺实践

硅藻精土水处理工艺实践如何在城市污水处理中，改变先做“二级生化处理”，再做“中水处理”的城市节水模式，建立一套将污水一次处理到“中水”的工艺技术，为社会节约宝贵的资金、土地资源，为创建生态城市，为保护我们的生存环境，大理白族王庆中先生在国家两院院士王希季先生的指导下，完成了“硅藻精土水处理工艺”，并发展到了“第六代”技术的水平，即完成了将城市污水一次性处理达到GB18918-2002一级A标的水平。以云南省大理市城市污水“登龙河工程”为例，将硅藻精土水处理工艺及“庆中生化工艺”介绍如下：一、硅藻精土水处理工艺污染物的去除机理（一）SS的去除污水中的SS去除主要靠硅藻精土的吸附、絮凝、沉淀作用而去除。污水处理中悬浮物的浓度不仅仅只涉及到出水的SS指标，而且与出水的BOD5和CODcr等指标也有关，这是因为组成出水悬浮物主要是活性污泥絮体，所以控制污水处理厂出水的SS指标是最基本的，也是很重要的环节。为了尽量去除水中的悬浮物，需在工程中采用适当的措施，常用的传统生化法措施有选用适当的污泥负荷率以保持活性污泥的凝聚及沉降性能，采用较小的二次沉淀表面负荷、采用较低的出水堰负荷、充分利用活性污泥悬浮层的吸附网络作用等。通过综合比较，最好的方法是采用硅藻精土水处理剂，并结合高效水力循环澄清池，该方案可使废水中SS的去除率达到99%。（二）BOD5的去除污水中BOD5的去除主要是靠硅藻精土水处理剂的吸附与代谢作用去除，然后对吸附代谢物进行泥水分离来完成。在硅藻精土水处理剂与污水接触初期，会出现很高的BOD5去除率，这是由于污水中有机颗粒和胶体被吸附在硅藻精土水处理剂表面，从而被去除所致。但是这种吸附作用仅对污水中悬浮物和胶体起作用，对溶解性有机物不起作用。对溶解性有机物需硅藻精土的离子交换功能形成的代谢来完成，在有氧的条件下将污水中一部分有机物合成新的细胞，将另一部分有机物进行分解代谢以便获得细胞合成所需的能量，其最终产物是CO2和H2O等稳定物质。因此，可以使处理后污水中的残余BOD5浓度很低。出水水质低于10mg/L。（三）CODcr的去除污水中CODcr去除的原理与BOD5基本相同，但CODcr的去除率与落水村生活污水的组成有关。对于那些主要以生活污水及其成分与餐饮废水组成的综合污水，BOD5／CODcr比值往往接近0.5甚至大于0.5，出水中CODcr值可控制在较低的水平。而成分主要以工业废水为主的城市污水，其BOD5／CODcr比值较小，其污水的可生化性较差，此类污水,采用硅藻精土水处理剂，并使用高效水力循环澄清池污水处理设备,将充分发挥该工艺强于其他工艺的突出特点,处理后污水中残存的CODcr将获得最高的效果，去除率在90%以上，甚至在95%以上。大理登龙河工程进出水指标测试结果如下：项目PH色度BOD5CODcrSSTNTP登龙河城市污水进水水质6.3140150.6836025020.314.14出水水质6.8741033.7108.780.02从上表可知，经处理后出水满足CODcr≤50mg/L，完全可以达到国家一级排放标准（GB18918-2002）。（四）N的去除氮是蛋白质不可缺少的组成部分，它广泛存在于城市污水中。废水中的氮一般以有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮等四种形式存在。生活污水中氮的主要存在形态是有机氮和氨氮。其中有机氮占生活污水含量的40-60%，氨氮占50-60%，亚硝酸盐氮和硝酸盐氮仅占0-5%。废水中生物脱氮在传统二级生物处理中的基本原理是：将有机氮转化为氨氮的基础上，通过硝化和反硝化菌的作用，将氨氮转化为亚硝态氮、硝态氮，再通过反硝化作用将硝态氮转化为氮气，从而达到从废水中脱氮的目的。废水的生物脱氮处理过程，实际上是将氮在自然界中循环的基本原理应用于废水生物处理，并借助于不同微生物的共同协调作用以及合理的人为运行控制，而将生物去碳过程中转化而产生以及原废水中存在的氨氮转化为氮气而从废水中脱除的过程。在废水的生物脱氮处理过程中，首先在好氧条件下，通过好氧硝化菌的作用，将废水中的氨氮氧化为亚硝酸盐氮或硝酸盐氮；然后在缺氧条件下，利用反硝化菌（脱氮菌）将亚硝酸盐和硝酸盐还原为氮气从水中逸出。在硝化与反硝化过程中，影响其脱氮效率的因素是温度、溶解氧、PH值以及反硝化碳源。生物脱氮系统中，硝化细菌增长速度较缓慢，所以要有足够的污泥泥龄，也就是要求系统必须维持在较低的污泥负荷条件下运行，以便使系统的泥龄大于维持硝化所需最小泥龄。反硝化菌的生长，主要在缺氧条件下运行，并且要有充裕的碳源提供能量，才可促使反硝化作用顺利进行。生物脱氮系统中硝化与反硝化反应需要具备如下条件：硝化阶段：足够的溶解氧，DO值2mg/L以上，合适温度，最好20度，不能低于10度，足够长的污泥泥龄，合适的PH条件。反硝化阶段：硝酸盐的存在，缺氧条件，DO值0.2mg/L左右，充足的碳源（能源），合适的PH条件。需要控制足够的污泥龄与进水的碳氮化。还有进入生物处理池中的CODcr浓度、TKN／CODcr比值及P／CODcr比值。TKN／CODcr值小于0.08，有去除硝酸盐效果，若在0.08-0.11之间，不能完全去除硝酸盐，在0.11-0.14之间，UCT工艺也不能完全消除厌氧池中硝酸盐，需要控制回流比，以便减少硝酸盐对厌氧的影响。倘若TKN／CODcr大于0.14，城市污水不能用生物脱氮除磷方法。由于传统的A2／O、UCT工艺处理构筑物多，占地较大，投资多，运行管理较复杂，尤其对于中型以下的城市污水厂已较少采用,为此不予推荐。传统的氧化沟没有除磷功能，也没有设置专门的缺氧池，脱氮是在各曝气器之间形成的缺氧区域，因此脱氮能力有限。采用硅藻精土水处理剂，并使用高效水力循环澄清池污水处理设备，由于硅藻在精选过程中把与硅藻共生的杂质分离除去，这样使硅藻表面本已平衡的电位形成不平衡电位，在水处理进行时，硅藻精土水处理剂被微量加入污水中，在高速搅拌，或抽吸污水的泵机叶片旋转下，瞬间分散于水体之中，硅藻表面的不平衡电位能中和悬浮离子的带电性，使其相斥电位受到破坏而与硅藻形成缪羽，电价中和与沉淀作用，凝集成较大的絮花，借重力沉淀至底部，加上硅藻巨大的表面积，巨大的孔体积和较强的吸附力，利用硅藻精土水处理剂对凯氏氮（TKN）有吸附、絮凝以及过滤作用,把污水中的有机物和无机物细微和超细微物质吸附到硅藻表面，形成链式结构。由非晶体活性二氧化硅组成的硅藻，具有在水体中相聚和自由沉降为硅藻饼的性能。再加上精土被改性后的絮凝作用加快硅藻等凝聚到水底形成硅藻饼的速度，使硅藻吸附时电位中和，污染物质和细菌，瞬间下沉与水体分离。（五）P的去除将磷从污水中去除，传统的方法可以采用化学法，也可以采用生物法。化学除磷是向污水中投加三价盐（一般是铝盐和铁盐，二价铁应保证在曝气池内被氧化为三价铁），使之与污水中的磷酸盐形成难溶化合物，经过沉淀从水中去除。采用化学除磷的优点是工艺简单，除加药设备外不需要增加其它设施，因此特别适用于旧厂增加除磷功能。缺点是药剂消耗量大、剩余污泥量增加、处理成本增加。化学药剂的投加还要消耗水中的碱度。生物除磷是污水中的聚磷菌在厌氧条件下，受到压抑而释放出体内的磷酸盐，产生能量用以吸收快速降解有机物，并转化为PHB（聚β羟丁酸）储存起来。当这些聚磷菌进入好氧条件下时就降解体内储存的PHB产生能量，用于细胞的合成和吸磷，形成高浓度污泥，并随剩余污泥一起排出系统，从而达到除磷的目的。缺点是为了避免剩余污泥中磷的再次释放，对污泥处理工艺的选择有一定的限制。好氧段磷的吸收取决于厌氧段磷的释放，而磷的释放又取决于厌氧段的厌氧条件（厌氧要求既无分子态的氧也无硝态氮的氧）以及可快速降解的有机物的含量（此值一般为进水CODcr的1／4~1／3），即P／CODcr比值越小越好。除磷效率的高低与进入生物处理池中易生物降解的CODcr浓度有很大的关系，当易生物降解的CODcr浓度小于50mg/L时（此时进水CODcr浓度大致为150－200mg/L），几乎没有除磷效果,P／CODcr比值应小于0.025，方能达到除磷的要求。这些条件均很难达到,为此生物除磷工艺总的来说效果不好。从一般城市污水处理厂的进水水质和要求达到的目标，我们认为，最佳的处理工艺是采用硅藻精土水处理剂，并使用高效水力循环澄清池污水处理设备的工艺，该工艺对总磷的去除率能稳定的确保在90%以上,甚至达到99%,是目前任何一类工艺均不能达到；并且在除磷的同时也对污水中的重金属离子进行特别有效的去除。在满足除磷脱氮要求的前提下，BOD5、CODcr和SS的去除都能同时解决。二、污水处理厂生产中水工艺方案选择综合上述几种主要的脱氮除磷方法，A2／O、UCT、氧化沟由于要设置专门的二沉池，占地面积较大，投资运转费用都较大；T型氧化沟虽然不需设置二沉池，但由于使用的曝气装置限制了其水深，占地面积很大，且设置利用率，容积利用率均很低；传统的SBR（包括循环曝气法CAST），虽然构筑物少，水头损失小，但容积利用率仅50％；使用硅藻精土水处理工艺和庆中生化工艺（在BC比值很小条件下的生化技术），具有投资小、占地少、运转费低、去除率高、结构简单、能耗少、沉渣能回收再利用、无二次污染、适应性强、无论气候、温度、污水浓度发生变化均能不受影响。三、硅藻精土水处理工艺及设备(一)硅藻土1、硅藻土的性质和用途硅藻土[DIATEMITE]是一种生物成因的硅质沉积岩，主要由硅藻(一种单细胞的水生藻类)遗骸和软泥固结而成的沉积矿。具有孔隙度高、比表面积大、吸附性强、质轻、坚固、隔音、隔热、耐磨、耐酸和热传导性低等特性，广泛用于水处理、饮食、建材、化工、橡胶、石化、医药、冶金、油漆、化妆品、涂料、机械、能源等行列，可制水处理剂、助滤剂、填料、吸附剂、隔热材料、催化剂载体、色谱固定剂等，是近代工业不可缺少的材料，至今尚未获得令人满意的替换物质。2、国外硅藻土开发的情况l