反硝化濾布濾池中試研究

郭家宏 徐曉東 陳莉佳

(1.上海中冶技術(shù)工程有限公司,上海 200333;2.同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,上海 200092)

反硝化濾布濾池中試研究

郭家宏1,2徐曉東1陳莉佳1

(1.上海中冶技術(shù)工程有限公司,上海 200333;2.同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,上海 200092)

本文采用新研發(fā)的反硝化濾布濾池處理城市污水廠二級(jí)出水,通過投加乙酸鈉進(jìn)行反硝化脫氮過濾。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明當(dāng)進(jìn)水TN為14.5mg/L,水力負(fù)荷為≤2.0m3/(m2·h),乙酸鈉投加量≥40mg/L,通過該工藝處理出水TN可以達(dá)到8mg/L以下,總氮的去除效率隨著水力負(fù)荷的升高而呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)。當(dāng)水力負(fù)荷為1.0 ～ 2.25 m3/(m2·h)時(shí),總氮平均去除率由62%降至38%。

反硝化 濾布濾池 碳源

近年來，我國的污水處理能力得到廣泛提升，很多城市的市政污水已經(jīng)得到全面的收集處理。城市污水經(jīng)常規(guī)活性污泥法等二級(jí)處理后，雖然BOD去除率可達(dá)90%以上，但脫氮率一般僅為20%-50%。對(duì)很多以污水廠出水作為補(bǔ)水水源的水體來說，總氮是導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化的關(guān)鍵因素[1]。

目前國內(nèi)城市污水廠通過提標(biāo)改造，出水水質(zhì)已經(jīng)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)中的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，其出水總氮已經(jīng)小于15mg/L，要想在此基礎(chǔ)上繼續(xù)削減總氮排放，只能從兩方面著手：一是提高現(xiàn)有污水處理系統(tǒng)的碳源利用效率，繼續(xù)削減總氮；二是在污水廠尾水中外加碳源，通過反硝化實(shí)現(xiàn)脫氮。由于城市污水中可作為反硝化的碳源總量一定，決定了第一種方式對(duì)總氮削減的提升空間也有限，且由于各污水廠具體處理工藝不同，很難實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化改造措施。通過投加外碳源后進(jìn)行反硝化過濾脫氮的方式，是目前污水廠尾水脫氮最有效的手段[2]。

圖1 中試流程圖

圖2 反硝化濾布濾池中試設(shè)備剖面圖

由于反硝化濾池一般采用石英砂濾料，通過濾料上的生物膜來實(shí)現(xiàn)反硝化，微生物太少則效率不高，過多則濾料容易板結(jié)和堵塞。另外反硝化濾池水頭損失較大，運(yùn)行過程中的氮?dú)忉尫乓矔?huì)影響過濾。為了解決上述問題，設(shè)計(jì)開發(fā)了反硝化濾布濾池，并進(jìn)行中試研究。

1 中試裝置介紹

中試裝置的流程圖如圖1所示，市政污水廠二沉池出水接引水罐，經(jīng)進(jìn)水泵提升至反硝化濾布濾池中試設(shè)備，在水泵的出水管上投加碳源。

圖3 不同水力負(fù)荷對(duì)TN去除率的影響

圖4 乙酸鈉投加濃度與總氮去除直接的關(guān)系

反硝化濾布濾池中試設(shè)備的剖面圖如圖2所示。反硝化濾布濾池中試設(shè)備的底部設(shè)進(jìn)水口，中部設(shè)柔性填料區(qū)，上部為泥水分離區(qū)，柔性填料上生長供反硝化的生物膜。加過碳源的原水從底部進(jìn)入后，穿過中間的柔性填料層，經(jīng)反硝化脫氮后，進(jìn)入上部泥水分離區(qū)域。此區(qū)域內(nèi)設(shè)濾布過濾裝置，將水中的懸浮物與水分離，清水穿過濾布經(jīng)出水口排出。隨著濾布上截留的懸浮物越來越多，濾池內(nèi)的水位會(huì)不斷上升，當(dāng)上升到規(guī)定液位時(shí)，濾布上的轉(zhuǎn)刷會(huì)被啟動(dòng)，被濾布截留的懸浮物經(jīng)轉(zhuǎn)刷清洗后，由回流泵輸送至進(jìn)水端，從而保證了設(shè)備內(nèi)部的污泥濃度，當(dāng)污泥量過大時(shí)，通過底部的排泥閥排出。

中試設(shè)備參數(shù)如表1所示，濾布為立毛纖維式濾布，等效孔徑為5μm。

圖5 總氮去除率沿填料層高度變化

圖6 不同通量情況下的出水SS

表1 中試設(shè)備參數(shù)

表2 試驗(yàn)進(jìn)水水質(zhì)

2 試驗(yàn)效果

2.1 進(jìn)水水質(zhì)

試驗(yàn)進(jìn)水為太湖流域某污水廠二級(jí)處理出水，試驗(yàn)期間出水水質(zhì)如表2所示。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

(1)水力負(fù)荷對(duì)TN去除效果的影響。以乙酸鈉為碳源，投加濃度為40mg/L，以濾布濾速為主要參數(shù)，不同水力負(fù)荷條件下，總氮的去除率如圖3。

總氮的去除效率隨著水力負(fù)荷的升高而呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)。當(dāng)水力負(fù)荷為1.0～2.25m3/(m2·h)時(shí)，總氮平均去除率由62%降至38%。表明不同的水力負(fù)荷條件對(duì)總氮的影響較大。水力負(fù)荷越小，污水在系統(tǒng)內(nèi)的停留時(shí)間越長，基質(zhì)與生物膜的接觸時(shí)間越長，同時(shí)水力負(fù)荷小，水力擾動(dòng)小，對(duì)生物膜的沖刷作用小，因此生物膜較厚，容易在生物膜內(nèi)部形成厭氧微環(huán)境，為反硝化菌脫氮?jiǎng)?chuàng)造有利條件；隨著水力負(fù)荷增加，水流對(duì)生物膜的沖刷作用逐漸增強(qiáng)，生物膜變薄，厭氧環(huán)境被破壞，反硝化菌活性較低，但較快的傳質(zhì)條件能夠保證好氧反硝化細(xì)菌底物充足，因此在較大水力負(fù)荷條件下，好氧反硝化細(xì)菌完成脫氮任務(wù)[3]。但隨著負(fù)荷的進(jìn)一步增加，基質(zhì)與生物膜之間沒有有效的接觸時(shí)間，因此去除效率大幅度下降。故而水力負(fù)荷對(duì)總氮的去除效率有較大的影響。

(2)碳源投加量對(duì)總氮去除效果的影響。

在濾布水力負(fù)荷為1.5m3/(m2·h)的條件下，分3個(gè)階段投加乙酸鈉，濃度分別為30mg/L，40mg/L以及50mg/L，試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。去除單位總氮的乙酸鈉平均投加量分別為6.3mg/mg、7.2mg/mg以及7.9mg/mg。這說明隨著碳源投加量的增加，碳源的利用率相應(yīng)降低。

(3)TN變化規(guī)律。

在進(jìn)水總氮13.5mg/L，水力負(fù)荷2.0m3/(m2·h)的條件下，不同填料層高度對(duì)總氮去除效果的影響如圖5所示。由圖可知，在填料層0～0.6m段，總氮的效果明顯，0.6m處有高達(dá)31%的去除率，隨著填料高度增加，總氮仍有一定的去除率，但效果沒有濾池底端明顯。最終出水總氮去除率達(dá)到43%，出水總氮為7.64mg/L，小于15mg/L，總氮去除主要在0-0.6m填料區(qū)域內(nèi)進(jìn)行。

(4)出水SS。

濾布在不同的通量下，其出水SS如圖6所示。由圖可知，在1.0～2.25m3/(m2·h)的通量范圍內(nèi)，濾布出水SS為5.5～7.2mg/L，出水水質(zhì)滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)中的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。但隨著通量的增加，會(huì)使濾布濾池的反沖洗周期縮短。

3 結(jié)語

(1)采用反硝化濾布濾池處理城市污水廠二級(jí)出水，當(dāng)進(jìn)水TN為14.5mg/L，水力負(fù)荷為≤2.0m3/(m2·h)，碳源投加量≥40mg/L時(shí)，通過該設(shè)備可以使出水TN達(dá)到8mg/L以下。水力負(fù)荷對(duì)總氮的去除效率有較大的影響，當(dāng)水力負(fù)荷為1.0～2.25m3/(m2·h)時(shí)，總氮平均去除率由62%降至38%。(2)在相同的濾布水力負(fù)荷條件下，碳源的利用率隨著碳源投加量的增加而降低。乙酸鈉投加濃度分別為30mg/L，40mg/L以及50mg/L，對(duì)應(yīng)的去除單位總氮的乙酸鈉平均投加量分別為6.3mg/mg、7.2mg/mg以及7.9mg/mg。(3)不同填料層高度對(duì)總氮去除率差異較大，總氮去除主要在0-0.6m填料區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，高達(dá)31%。(4)在1.0～2.25m3/(m2·h)的通量范圍內(nèi)，濾布出水SS為5.5～7.2mg/L，均滿足一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)，但濾布濾池的反沖洗周期會(huì)隨著通量的增加而縮短。

[1] 劉雷斌,戴前進(jìn),方先金等.城市污水處理廠二級(jí)出水深度脫氮(TN≤5mg/L)試驗(yàn)研究[J].水工業(yè)市場(chǎng),2012,(7):48－51．

[2]秦海霞.安徽某污水廠深度處理工藝設(shè)計(jì)[J].中國給水排水,2012,28(1):89－91．

[3]鄭俊,孫楠.不同性質(zhì)濾料的反硝化生物濾池脫氮試驗(yàn)研究[J].水處理技術(shù),2011,37(9):73－76．

資助課題編號(hào):城鎮(zhèn)污水處理廠深度脫氮技術(shù)研究與示范TH2012201。