作者来源:gysxlc 发布时间： 2018/3/22 8:42:08 标签：锰砂滤料与鹅卵石人工湿地应用对比-嵩鑫滤材
导读：锰砂人工湿地显示出良好的铁,锰去除能力,出水总铁和Mn2+浓度基本都在0.05mg/L以下,去除率>90%,而且去除能力并没有因为HRT的缩短和水温的下降而降低.
锰砂滤料与鹅卵石人工湿地应用对比
建设人工湿地深度处理钢铁企业的排放废水时采用天然锰砂滤料,与采用鹅卵石人工湿地的处理效果进行对比发现，天然锰砂填料人工湿地具有较好的长期铁、锰去除效果,铁离子和锰离子的去除率均在90%以上,当进水总铁离子和Mn2+浓度分别为0.3~1.2mg/L和0.2~1.1mg/L时,出水中铁锰的浓度基本保持在0.05mg/L以下,达到了回用水水质标准。而鹅卵石人工湿地会出现铁、锰的累积和解吸现象,没有持续的铁、锰去除能力。同时,天然锰砂滤料人工湿地对COD、TP和NH4+-N的去除效果均好于鹅卵石人工湿地。
人工湿地由于具有建造和运行费用低、维护简单、适用面广、抗冲击负荷能力强等特点,已被广泛用于污水的深度处理,在工业废水处理领域也有大量的应用实例。根据钢铁生产废水中铁、锰含量较高的特点,采用人工湿地对其进行处理时需要增强除铁、除锰功能。天然锰砂滤料是人工湿
地系统的重要组成部分,它既为湿地植物和微生物的生长提供载体,又通过一些物理化学途径去除污水中的污染物。湿地填料必须根据原水水质特征和去除目标进行合理选择,一般石英砂、鹅卵石、碎瓦等主要用于以SS、COD和BOD为特殊污染物的污水处理,而矿渣、粉煤灰、黄褐土、沸石、页岩等除磷效果较好。由于钢铁废水的回用处理有除铁、除锰要求,因此借鉴锰砂滤料过滤生物除铁除锰工艺的应用效果,采用将天然锰砂滤料作为湿地填料的试验。
锰砂滤料铁锰去除效果和原理
通过分别构建锰砂人工湿地和鹅卵石人工湿地,考察两者在铁、锰去除方面的差异。两个采用PVC制成的垂直流人工湿地均,尺寸皆为1m×0.6m×0.8m;填料层厚度为0.6m,分别装填粒径为6~8mm的锰砂和5~15mm的鹅卵石。填料表面不覆土,植物为芦苇,种植密度约为50株/m2。人工湿地在HRT为5d的条件下启动运行,连续运行1个月后,植物适应了水质并生长良好,开始对湿地的进、出水进行取样分析,取样频率约为2次/周。待处理效果稳定后以每次减少HRT为1d的幅度增加处理负荷,每个水力负荷下至少稳定运行1个月以上。
试验用水取自某大型钢铁企业的人工护厂河(用以收集和调蓄经处理达标的钢铁生产废水、生活污水以及雨水,并通过泵站将其排入附近水体),经长期监测,发现其pH值和DO浓度较高,COD、氮和磷的含量较低,铁、锰浓度变化较大。实验发现,浊度及铁、锰浓度不能满足《城市污水再生利用工业用水水质》的循环冷却水水质要求,而且当需要采用反渗透技术进行深度脱盐处理时,COD值也超标。对铁、锰的去除根据《城市污水再生利用工业用水水质》的标准,钢铁废水再生回用作循环冷却系统补充水时,铁、锰浓度应分别控制在0.3mg/L和0.1mg/L以下。试验中通过监测锰砂人工湿地和鹅卵石人工湿地的运行效果,考察两者在铁、锰去除方面的差异。天然锰砂人工湿地显示出良好的铁、锰去除能力,出水总铁和Mn2+浓度基本都在0.05mg/L以下,去除率>90%,而且去除能力并没有因为HRT的缩短和水温的下降而降低；鹅卵石石人工湿地对铁、锰的去除效果不佳,且其去除能力随运行时间的增加而逐渐减弱,运行了115d后失去了对铁、锰的去除能力。
根据锰砂过滤工艺去除地下水中铁、锰的研究成果,锰砂中的MnO2对Fe2+和Mn2+具有很强的吸附能力,吸附在锰砂表面的Fe2+和Mn2+能在MnO2的催化作用下被氧化,并在锰砂表面生长出生物膜,该生物膜的主要成分为Fe(OH)3·2H2O及MnO2·xH2O,它可与水体中的Fe2+和Mn2+发生如下反应。这种生物膜具有催化再生功能。在中性pH值范围内,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,补充生物膜物质继续参与反应。根据已有研究,只要进水溶解氧>3mg/L即可满足生物除铁除锰要求。而试验废水的溶解氧为3.5~8.3mg/L,再加上芦苇根系的输氧作用,因而溶解氧能满足锰砂填料生物除铁除锰的要求。鹅卵石人工湿地在运行初期具有一定的铁、锰去除能力,但这种能力逐渐减弱,且在运行过程中出现了解吸现象。
整个试验期间鹅卵石人工湿地对铁、锰的去除总量较小,前期的吸附量和后期的解吸量基本持平。为验证鹅卵石填料存在铁、锰解吸现象,对其进行铁、锰浸出试验:从鹅卵石人工湿地内部取出一定量的鹅卵石填料,常温下摊开阴干;称取一定量阴干鹅卵石并加入0.5L纯水,摇匀后静置24h;取浸液100mL,用滤纸滤除悬浮杂质后测定Mn2+含量。由于铁主要以Fe(OH)3絮体形式存在,滤纸过滤会影响对总铁的测定结果,因此只通过测定浸液中的Mn2+含量来考察鹅卵石填料的解吸现象。鹅卵石填料经过纯水浸泡24h后可解吸出一定量的Mn2+。对鹅卵石填料量和浸出液中的锰含量进行线性拟合,结果表明两者呈线性相关。鹅卵石填料存在铁、锰解吸现象可能是由于鹅卵石不含MnO2,无法与Fe(OH)3·2H2O和MnO2·xH2O紧密结合,因而随着生物膜的交替更新,原先吸附在鹅卵石表面的铁、锰随脱落的生物膜流出湿地,发生了解吸现象。
锰砂人工湿地对有机物的去除
由于试验用水主要为经处理后达标排放的钢铁生产废水,加上河道的自然调蓄,其COD浓度较低,同时BOD/COD值仅为0.14,可生化性较差。对COD的去除效果成熟的锰砂生物填料内存在着复杂的微生物群落,因而对有机物及氨氮有较好的去除效果。,在HRT为2~5d、水温为9.2~35.5℃时,锰砂人工湿地对COD的去除率在50.7%~54.6%之间变化,出水浓度都能稳定在10mg/L以下,满足反渗透脱盐工艺的进水水质要求,而相同条件下的鹅卵石人工湿地对COD的去除率只有22.8%~35.5%。可见,锰砂人工湿地比鹅卵石人工湿地具有更好的COD去除能力,这可能与锰砂填料床内存在更丰富的微生物群落有关。
锰砂人工湿地除氮,磷能力
由于锰砂人工湿地内的微生物群落更为丰富,因而对氨氮的去除效果略好。锰砂人工湿地和鹅卵石人工湿地都表现出良好的除磷能力,并且对磷的去除效果随运行时间的增加而逐渐加强。锰砂人工湿地在运行了120d后,即使HRT不断缩短、水温不断降低,出水中的磷仍为痕量;鹅卵石人工湿地运行至第130天时对磷的去除率也提高到90%以上。根据研究发现,人工湿地主要依靠填料的化学吸附作用除磷,据此推断锰砂对磷的吸附性能优于鹅卵石。
锰砂滤料与鹅卵石人工湿地对比总结
1,采用锰砂人工湿地深度处理钢铁企业的达标排放废水是可行的,可使出水铁、锰浓度均降至0.05mg/L以下,完全达到循环冷却水补充水的水质要求,也满足反渗透工艺的进水水质要求。
2,对于可生化性较差的钢铁企业达标排放废水,在HRT为2~5d和水温为19.2~35.5℃的条件下,锰砂人工湿地对COD的去除率为50.7%~54.6%,而鹅卵石人工湿地的仅为22.8%~35.5%。
3,锰砂人工湿地对氨氮和总磷的去除效果均好于鹅卵石人工湿地,并且对TP的去除效果随运行时间的增加而逐渐加强。
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