湖泊蓝藻浆藻水分离废水处理技术

　　水体富营养化及其导致的蓝藻水华是目前我国众多湖泊和水库面临的重要环境问题队大量蓝藻漂浮于水面，随风漂移到岸边，腐烂后污染水质，散发嗅味，污染周边环境。为了缓解蓝藻水华对水环境的影响，将蓝藻浆打捞出湖泊，再通过混凝沉淀(或气浮)进行藻水分离，上清废水排入湖泊，浓缩后的藻泥经脱水后处置利用。若打捞的蓝藻浆已经开始腐烂，藻细胞内的藻液将释放到水中，藻水分离后的废水中将会含有大量有机污染物(蛋白质、多糖、腐殖酸等)P1、总氮、总磷以及藻毒素等，直接排入水体将对水环境造成较大的污染，威胁供水安全。

　　为了处理藻水分禽废水，本文建立了一套AO曝气生物滤池+紫外催化氧化+物化沉淀工艺，去除废水中的有机物、氮、磷以及藻毒素等，并优化了工艺参数。

　　一、实验部分

　　1.1 水样准备

　　从无锡太湖梅梁湖取蓝藻浆，经过一段时间的自然腐烂，投加PAC和PAM进行混凝沉淀，取上层清液备用。废水的COD为250mg/L，TN、TP和藻毒素的质量浓度分别为400mg/L、2.58mg/L和1.69μg/L。

　　1.2 实验装置

　　工艺流程包括AO曝气生物滤池、紫外催化氧化及物化沉淀。实验装置由厌氧生物过滤柱、好氧生物过滤柱、紫外催化氧化装置、进水泵、回流泵及空气泵组成，如图1所示。

　　厌氧生物过滤柱用有机玻璃制作，内径9cm，高度120cm。柱内填充陶粒，粒径3〜5_，填充高度60cm。厌氧生物过滤柱用有机玻璃制作，内径9cm，高度295cm。柱内填充陶粒，粒径3〜5mm，填充高度180cm。柱内填料底部设置微孔曝气头。

　　紫外催化氧化装置用有机玻璃制作，长度55cm，直径15cm，内部装有套有石英管的紫外灯管，紫外灯管的功率为30W，配备型号为12WZ-8扬程为10m的全自动增压泵。

　　进水泵及回流泵用型号为BT100-1J的恒流蠕动泵。空气栗用型号为LP-40、最大水深为2.8m的充氧气泵。

　　1.3 实验方法

　　实验的进水流量为2L/h，厌氧生物过滤柱水力停留时间为1.91h，柱内溶解氧浓度控制在2〜3mg/L，用HC1和NaHC03调节水样pH为7.0〜7.5。好氧生物过滤柱水力停留时间为5.73h，柱内溶解氧浓度控制在0.5mg/L以下，pH控制在7.0〜8.0。硝化液回流比为100%〜200%。待装置稳定运行后，测定装置对COD、TN等主要污染物的去除效果。

　　取AO曝气生物滤池的出水充满紫外催化氧化装置，启动循环泵，光照射T时间后放出水样，摇匀测定藻毒素浓度。改变光照射时间分别为�.17、0.5、l、2、5min，重复上述实验。

　　用六联搅拌器进行混凝沉淀除磷实验，取AO曝气生物滤池出水1000mL六份分别加入六个烧杯中，分别投加PAC为10、20、40、60、80、100mg/L，启动六联搅拌器，300r/min搅拌lmin，50r/min搅拌15min，然后静置沉淀30min。沉淀后取上清液经0.45滤膜过滤后测定TP含量。

　　1.4 测试指标及分析方法

　　主要测试指标包括COD、TN、TP及藻毒素浓度。其中COD分析采用重铬酸钾法;TN分析采用过硫酸钾氧化-紫外分光光度法;TP分析采用钼酸铵分光光度法。上述各项指标分析方法均参照水和废水监测分析方法

　　藻毒素浓度采用美国Beacon公司生产的96孔检测试剂盒在450nm波长下读板检测

　　1.5 系统的挂膜与启动

　　从扬州某污水处理厂取活性污泥进行生物滤料的接种%将活性污泥倒入装有陶粒填料的过滤柱中，静置2〜3d，然后将活性污泥排出。向好氧和厌氧生物过滤柱内注入生活污水，同时向厌氧生物过滤内投加140mL质量浓度为300mg/L的硝酸钾。好氧生物过滤柱曝气，保持溶解氧质量浓度为3mg/L以上，厌氧柱投加硫代硫酸钠控制溶解氧小于0.5mg/L。每天放空过滤柱并重新充入生活污水。取好氧生物过滤柱水样测定COD，取厌氧生物过滤柱水样测定TN。过滤柱对COD、TN的去除效果见图2、图3。由图2可知，反应器中的生物膜适应良好，生活污水COD易被降解，从进水的200mg/L左右下降到50mg/L以下，去除率基本稳定在85%左右，半个月后柱内填料逐渐变黄，滤料表面出现生物絮体。由图3可知，反硝化菌生长适应良好，投加的硝酸盐易被去除，从进水的90mg/L左右下降至40mg/L左右，TN去除率基本稳定在42%左右，半个月后柱内填料逐渐变黑，滤料表面出现生物絮体。综上所述，判断挂膜成功。

　　二、结果与讨论

　　2.1 COD去除效果

　　AO曝气生物滤池在进水流量为2L/h，厌氧生物过滤柱水力停留时间为1.91h，好氧生物过滤柱水力停留时间为5.73h，硝化液回流比为100%的工况下稳定运行时，AO曝气生物滤池对COD的去除效果如图4所示。由图4可知(0―26d)，随着运行时间的延长，反应器中的生物膜逐渐适应藻水分离废水，出水COD趋于稳定，当进水COD在250mg/L左右时，出水COD在46〜50mg/L左右，去除率达到80%左右。因需要补充碳源进行脱氮，将进水的COD提升至2000mg/L左右(27―46d)，从图4中还可以看出，出水COD依旧在46〜50mg/L左右，出水水质达到城镇污水排放一级A标准。

　　2.2 TN去除效果

　　曝气生物滤池在进水流量为2L/h，厌氧生物过滤柱水力停留时间为1.91h，好氧生物过滤柱水力停留时间为5.73h，硝化液回流比为100%的工况下稳定运行时，AO曝气生物滤池对TN的去除效果如图5前26天所示。当进水的TN质量浓度为400mg/L左右时，出水TN的质量浓度为300mg/L左右，去除率只有25%左右，未达到预计的去除效果。其原因是废水中的碳源远远不能满足脱氮要求为了提高TN的去除效果，投加无水乙酸钠提高C/N比至8左右，让反硝化菌有充足的碳源进行反硝化；除此之外，将回流比由1:1提升至1:2，从而提高反硝化的效率。调节上述参数后，脱氮效果有明显提高，如图5的后17天所示，出水TN质量浓度下降至200mg/L左右，TN去除率达到50%左右。后续将会尝试物理化学的方法进一步脱氮使得出水TN达到相应的排放标准。

　　2.3 藻毒素去除效果

　　经AO曝气生物滤池处理后，出水藻毒素浓度为1.58pg/L左右，说明AO生物作用对藻毒素的降解去除效果较差。取出水在0.17、0.5、1、2、5min5个光照时间下，藻毒素质量浓度下降至1.26、0.98、0.84、0.64、0.37μg/L，去除率分别为20.25%、37.97%、46.83%、59.49%、76.58%，结果见图6。

　　藻毒素在本质上属于有机物的一种，紫外灯的催化氧化会激发产生单线态的氮，单线态的氮具有强氧化性，能够将藻毒素中的环状结构打开引发链式反应。

　　为了进一步探明紫外光催化氧化时间与藻毒素降解速率之间的关系，本实验对上述数据进行分析拟合得到一条降解曲线，如图7所示。藻毒素在前1min内快速被降解，去除率约为50%左右，降解的速度约为0.74μg/(L•min)。随着时间的推移，降解速率逐渐下降并趋于稳定，最终出水藻毒素浓度趋于稳定。由此可见紫外灯光对藻毒素具有降解作用，且随着光照时间的增长，藻毒素降解速率逐渐降低并趋于稳定。由此得出结论，紫外催化最佳氧化时间为5min左右。

　　2.4 TP去除效果

　　水中的磷大多以游离态磷酸根离子的形式存在，在金属盐的混凝沉淀作用下得到有效去除。

　　经AO曝气生物滤池处理后，出水TP质量浓度为2.38mg/L左右。根据投加量和配置药剂的浓度，通过计算得到化学除磷的投加系数β(采用金属元素的投加量与进水中磷元素的物质的量比)与反应后TP质量浓度的关系图如图7所示，随着投加系数的增加，TP质量浓度不断降低，当投加系数卢约为3时，去除效率最高，当β达到8以后，TP的去除率趋于稳定，出水浓度稳定在0.39mg/L左右，去除率达到80%左右。

　　三、结论

　　1)采用AO曝气生物滤池+紫外催化氧化+物化沉淀工艺处理藻水分离废水，废水经AO曝气生物滤池后可以有效去除COD、TN等，再通过紫外催化氧化去除废水中的藻毒素，最后通过物化沉淀去除TP。

　　2)在厌氧生物过滤柱水力停留时间为1.91h，好氧生物过滤柱水力停留时间为5.73h，回流比为200%，紫外催化氧化时间为5min，PAC投加量为100mg/L的工况下，平均进水COD=250mg/L、p(TN)=400mg/L、p(TP)=2.58mg/L、p(藻毒素)=1.69μg/L的去除率能分别达到81.17%、55.33%、84.88%、76.58%，出水COD降到50mg/L以下，TP降至0.39mg/L，TN降到200mg/L以下，藻毒素降至0.37μg/L，出水呈无色透明且没有嗅味。除TN外，其余达到城镇污水一级A排放标准。

　　3)此套工艺既降低了废水中的污染物浓度，减轻了嗅味，又减轻了水环境负担，有利于水环境的修复。该工艺技术精炼，设备结构简单易管理，水质处理效果稳定。（来源：扬州大学环境科学与工程学院）