石灰石改性硫磺材料深度脱氮除磷研究

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2021-0344

摘要/Abstract

摘要：

为了使污水处理厂出水中的氮、磷浓度进一步降低，制备出了一种石灰石改性硫磺材料，通过批次实验和生物滤池实验探究其脱氮除磷性能。结果表明，硫磺/石灰石体积比为3∶1的改性材料脱氮除磷效果最佳，发泡可以提高改性材料脱氮除磷性能，改性材料对HRT有较好的适应性。当HRT=1 h，进水NO₃ ^--N、PO₄ ^3--P分别为20、1 mg/L时，生物滤池NO₃ ^--N、PO₄ ^3--P去除率分别高于89%、65%。微生物群落分析显示，生物滤池中硫自养反硝化菌丰度大于79%。

关键词: 改性硫磺材料, 脱氮除磷, 发泡, 微生物群落

Abstract:

In order to reduce the concentration of nitrogen and phosphorus in the effluent of sewage treatment plant，a limestone⁃modified sulfur material was prepared. Through batch experiments and biological filter experiments，the nitrogen and phosphorus removal efficiency of the modified material was studied. The results showed that modified material with sulfur/limestone volume ratio of 3∶1 had the best nitrogen and phosphorus removal effect，and the nitrogen and phosphorus removal performance was improved by foamed modified material. The modified material had good adaptability to HRT. The removal efficiency of nitrate and phosphate was over 89% and 65% respectively with 20 mg/L NO₃ ^--N and 1 mg/L PO₄ ^3--P in influent at 1 h HRT. The results of microbial community analysis showed that sulfur autotrophic denitrifying bacteria accounted for 79% in the filter.

Key words: modified sulfur material, nitrogen and phosphorus removal, foaming, microbial community

中图分类号:

X703.1

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https://www.iwt.cn/CN/Y2022/V42/I1/77

图/表 10

表1 不同NaHCO₃比例的改性材料性质

Table 1 Properties of limestone⁃modified sulfur with different proportion of NaHCO₃

参数	硫磺	石灰石	NaHCO₃
参数	硫磺	石灰石	0	0.5%	1%	1.5%
密度/（g·cm^-3）	2.1±0.01	2.5±0.02	2.2±0.19	2.0±0.02	1.6±0.01	1.3±0.05
真气孔率/%	—	—	4±0.18	14±0.30	31±0.21	43±0.08

表2 发泡剂比例为0~1.5%的材料XRF分析结果

Table 2 XRF analysis of limestone⁃modifiedsulfur with 0-1.5% NaHCO₃

发泡剂比例/%	SO₃/%	CaO/%	SiO₂/%	Al₂O₃/%	Fe₂O₃/%
0	93.25	4.81	0.77	0.41	0.36
0.5	90.30	5.37	1.80	0.91	0.21
1	85.14	5.52	4.82	2.20	0.22
1.5	86.68	7.79	0.55	0.35	0.35
发泡剂比例/%	MgO/%	Na₂O/%	Cl/%	K₂O/%	ZnO/%
0	0.20	0.10	0.07	0.03	0.003
0.5	0.36	0.90	0.06	0.07	—
1	0.71	1.02	0.09	0.22	—
1.5	—	2.90	—	0.01	0.004

图1 实验装置

Fig. 1 Schematic diagram of experimental device

表3 实验仪器

Table 3 Experimental instruments

项目	仪器
pH	METTLER TOLEDO pH计
NO₃ ^-、NO₂ ^-、SO₄ ^2-	ICS-1000 离子色谱仪（美国戴安公司）
P	UV-1780 紫外可见分光光度计（日本岛津公司）

图2 硫磺/石灰石体积比对改性材料自养反硝化体系的影响

Fig. 2 Effect of sulfur/limestone ratio on modified sulfur autotrophic denitrification system

图3 不同HRT条件下两生物滤池脱氮除磷效果对比

Fig. 3 Nitrate and phosphate removal efficiency of two reactors under different HRT

图4 HRT=1.5 h时2个生物滤池出水Ca²⁺

Fig. 4 Ca²⁺ in effluent of two filters at 1.5 h HRT

表4 填料表面微生物Alpha多样性

Table 4 Alpha diversity on the surface of fillers

样品	Simpson指数	Shannon指数
F1	0.449	1.38
F2	0.173	2.20
F3	0.200	2.30
F4	0.674	1.06
L1	0.270	1.81
L2	0.111	2.80
L3	0.119	2.61
L4	0.604	1.25

图5 填料表面微生物门水平群落组成

Fig. 5 Microbial community on thesurface of fillers at Phylum level

图6 填料表面微生物属水平群落组成

Fig. 6 Microbial community on thesurface of fillers at Genus level

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