改性矽酸鈣用於養殖廢水厭氧處理

2020-12-08 北極星環保網

改性矽酸鈣用於養殖廢水厭氧處理

北極星環保網訊:養殖業是我國農業的主導產業之一，養殖廢水汙染已成為當前繼工業水汙染、生活垃圾汙染後的第三大汙染。以北京地區為例，養殖場排放廢水不僅BOD(2~8g/L)、COD(5~20g/L)偏高，而且年排放總磷約7030t。這類廢水未經處理直接排放，不僅嚴重汙染了周圍環境，還會對水體造成富營養化，產生不良影響。因此，養殖廢水處理過程中的控磷技術已成為該類廢水處理後達標排放的關鍵。

目前養殖廢水除磷工藝主要有化學法和生物法。化學法雖然效率較高，但會導致預處理的工藝成本上升，還很容易受到環境條件的影響;生物法則通常採用厭氧-好氧結合工藝，好氧曝氣工藝能耗高，操作複雜，反應周期長，出水效率不理想。

作為一種高效的磷吸附劑，水合矽酸鈣目前通常以天然矽灰石或以含鈣矽的建築材料為原料，通過機械粉碎或水熱法製備，但這種方法不僅製備過程能耗大，而且製備得出的水合矽酸鈣含雜質較多，導致磷吸附量有限。

研究採用化學沉澱法製備水合矽酸鈣，同時通過添加分散劑對其表面進行改性，並採用XRD、FT-IR對改性矽酸鈣(MCS)的物相成分、純度進行表徵;再將製備得到的MCS投加到厭氧反應裝置中，以考察其對養殖廢水厭氧處理過程中的除磷效果，以期為生物除磷和化學除磷的結合提供參考。

1材料和方法

1.1改性矽酸鈣(MCS)的製備

實驗以硝酸鈣〔Ca(NO3)2?4H2O〕和矽酸鈉(Na2SiO3?9H2O)為原料，採用沉澱法合成矽酸鈣粉體：將硝酸鈣和矽酸鈉分別溶解在去離子水中，配製矽酸鈣溶液濃度為1mol/L，按照n(Ca)∶n(Si)為1.1∶1的比例配製硝酸鈣溶液。將鈣質量分數4%的分散劑(聚乙二醇)加入到硝酸鈣溶液中，然後將硝酸鈣溶液放置於恆溫攪拌器上，設定溫度為50℃，攪拌速度為175r/min。再將矽酸鈉溶液用蠕動泵驅動器以3mL/min的速度緩慢滴加到硝酸鈣溶液中。待沉澱反應完全後，將沉澱用去離子水和無水乙醇先後洗滌3次後，真空泵過濾得到無定形矽酸鈣粉體。將無定形矽酸鈣粉體在鼓風乾燥箱內於60℃恆溫乾燥1h後得到MCS粉體。

1.2反應器的啟動和運行

實驗採用的反應器為上流式厭氧汙泥床反應器(UASB)，設計兩臺UASB，分別記為U-1和U-2。每臺反應器有效容積為12L，水力停留時間為6h。研究中所接種的厭氧汙泥取自無錫傑能科生物工程有限公司運行中的UASB反應器。實驗用水為無錫市南洋農畜業有限公司出水，水質狀況：COD7500~8500mg/L，TN300~400mg/L，TP80~100mg/L，SS950~1300mg/L，鹼度(以Ca計)30~40mg/L。

UASB反應器啟動初期將廢水COD稀釋至約1000mg/L，汙泥容積負荷為1kg/(m3?d)，當COD的去除率大於80%時以1~2kg/(m3?d)的增幅逐漸提升負荷，直至負荷穩定在8kg/(m3?d)左右。當COD去除率穩定在85%以上時，標誌反應器啟動完成。

反應器啟動完成後，繼續運行U-1作為對照;並在U-2反應器中階梯投加MCS，投加方式為3g/d(第1~15天);6g/d(第16~30天);9g/d(第31~45天);12g/d(第46~90天)穩定運行90d。並定時取樣以檢測各進出水指標。

1.3分析方法和儀器

水質監測方法按照水環境保護監測標準。各檢測指標的分析方法和儀器如表1所示。

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