高含氮類型市政污水深度脫氮工藝設(shè)計(jì)的研究

趙文祥(中煤科工集團(tuán)南京設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南京 211800)

0 引言

十八大以來(lái)，隨著習(xí)近平新發(fā)展理念的不斷深入實(shí)踐，保護(hù)綠水青山成為各地共識(shí)。在水環(huán)境治理領(lǐng)域，隨著“水十條”“長(zhǎng)江大保護(hù)”等一批戰(zhàn)略措施的逐步落實(shí)，以GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)為目標(biāo)的上一輪市政污水處理廠的提標(biāo)改造進(jìn)入已經(jīng)進(jìn)入收尾階段，以地表準(zhǔn)IV類水為目標(biāo)的新一輪市政污水處理廠提標(biāo)改造逐漸開(kāi)始興起。

溫嶺牧嶼污水處理廠地處浙江臺(tái)州市，2016年，牧嶼污水處理廠啟動(dòng)擴(kuò)建提標(biāo)改造工程，日污水處理量由1萬(wàn)m3/d提高到5萬(wàn)m3/d，出水水質(zhì)由GB 18918—2002中的一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)提升到準(zhǔn)地表IV類。

本文圍繞目前主流的深度脫氮工藝進(jìn)行研究，以溫嶺市牧嶼污水處理廠改擴(kuò)建工程的實(shí)際選擇的工藝設(shè)計(jì)參數(shù)，驗(yàn)證多級(jí)缺氧好氧+反硝化深床濾池的組合深度脫氮工藝的對(duì)總氮指標(biāo)實(shí)際處理效果。

1 污水處理方法

1.1 缺氧好氧(AO)法

活性污泥法脫氮包括氨化、硝化、反硝化三步反應(yīng)。污水中的有機(jī)氮化合物在氨化菌(好氧或厭氧條件)的作用下分解成氨態(tài)氮(NH4+-N)，在硝化菌(好氧條件)作用下氨態(tài)氮(NH4+-N)進(jìn)一步分解氧化成亞硝酸鹽氮(NO2--N)、硝酸鹽氮 (NO3--N)，在反硝化菌(缺氧條件)作用下，硝酸鹽氮(NO3--N)被還原為亞硝酸鹽氮(NO2--N)、氮?dú)?N2)。反硝化過(guò)程的電子受體是硝酸根和亞硝酸根，電子供體為各種各樣的有機(jī)基質(zhì)。

根據(jù)反硝化反應(yīng)器在整個(gè)工藝中的位置，兩相生物脫氮系統(tǒng)可分為前置脫氮和后置脫氮兩種工藝。前置脫氮工藝前置脫氮工藝是將厭氧段放在前面，硝化后的出水回流至厭氧池[1]。

1.2 厭氧氨氧化技術(shù)

厭氧氨氧化反應(yīng)是在厭氧條件下，由厭氧氨氧化菌將NH4+-N與NO2--N轉(zhuǎn)化為N2的過(guò)程。厭氧氨氧化菌是自養(yǎng)微生物，細(xì)胞的產(chǎn)率低，世代周期在10～12 d左右，該特點(diǎn)決定了厭氧氨氧化反應(yīng)器啟動(dòng)慢和污泥產(chǎn)量低的特征。

工藝上常與短程硝化聯(lián)用，解決NO2--N的來(lái)源問(wèn)題，亞硝化-厭氧氨氧化工藝短程硝化-厭氧氨氧化技術(shù)要分兩部分完成，并需要在不同的反應(yīng)器中[2]。在兩個(gè)反應(yīng)器內(nèi)完成相對(duì)更容易控制，運(yùn)行和維護(hù)的難度較低。一般認(rèn)為SBR是厭氧氨氧化工藝的理想反應(yīng)器。

1.3 反硝化濾池深床工藝

污水經(jīng)生化處理后，為進(jìn)一步降低TN濃度，需要進(jìn)行深度脫氮處理，一般采用下向流生物濾池即深床濾池。深床濾池石英砂濾料及池體構(gòu)造反硝化濾池采用特殊規(guī)格及形狀的石英砂作為反硝化生物的掛膜介質(zhì)，同時(shí)深床又是硝酸氮(NO3--N)及懸浮物極好的去除構(gòu)筑物[3]。同時(shí)，深床濾池對(duì)TN的去除具有很高的保證率。

另外，深床濾池可通過(guò)微絮凝直接過(guò)濾除磷，通過(guò)在進(jìn)水中投加除磷絮凝劑，經(jīng)機(jī)械混合后進(jìn)入濾池，可穩(wěn)定保證SS和TP的去除效果。

2 牧嶼污水廠改造工藝介紹

2.1 提標(biāo)前工藝

牧嶼污水處理廠提標(biāo)前工藝采用改良氧化溝生化處理+消毒的處理工藝流程。出水水質(zhì)按國(guó)家GB 18918—2002一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

2015年，全年進(jìn)水水量單月平均值在5 000～7 000 m3/d之間；進(jìn)水水質(zhì)污染物年平均濃度見(jiàn)表1，屬于典型的低碳源污水。

表1 2015年平均進(jìn)水水質(zhì) 單位：mg/L

2015年，全年出水COD準(zhǔn)IV類達(dá)標(biāo)率見(jiàn)為67.7%，SS達(dá)標(biāo)率為15%，氨氮達(dá)標(biāo)率為17.7%，總磷標(biāo)率為0%。

2.2 提標(biāo)工藝

牧嶼污水廠改擴(kuò)建工程規(guī)模確定為4萬(wàn)m3/d，深度處理規(guī)模確定為5萬(wàn)m3/d。

提標(biāo)后要求出水水質(zhì)達(dá)到準(zhǔn)地表IV類水標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)為 COD360 mg/L，BOD180 mg/L，SS300 mg/L，氨氮 40 mg/L。

設(shè)計(jì)主要工藝為“粗格柵+細(xì)格柵+旋流沉砂池+多級(jí)AAO+二沉池+超級(jí)格柵+高效沉淀池+反硝化濾池+紫外消毒”。

3 脫氮效果分析

3.1 脫氮工藝參數(shù)

在本次提標(biāo)設(shè)計(jì)中，為強(qiáng)化脫氮效果，在生化二級(jí)過(guò)程，采用兩級(jí)缺氧，為保證氨氮達(dá)標(biāo)，對(duì)總氮負(fù)荷進(jìn)行復(fù)核。20 ℃脫氮速率按0.05 kg NO3--N/(kgMLSS·d)核算，15 ℃脫氮速率按0.034 kg NO3--N/(kgMLSS·d)核算，12 ℃脫氮速率按 0.027 kg NO3--N/(kgMLSS·d)核算。核算結(jié)果顯示水溫20 ℃時(shí)候出水TN=8 mg/L，水溫15 ℃時(shí)候出水TN=11 mg/L，水溫12 ℃時(shí)候出水TN=12.5 mg/L。

AAO+AO各池水力停留時(shí)間見(jiàn)表2。

表2 AAO+AO各池水力停留時(shí)間 單位：h

深度處理單元，采用深床濾池，進(jìn)一步確保出水能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。深床濾池設(shè)計(jì)進(jìn)水TN=20 mg/L，出水TN≤12 mg/L，TN去除量為0.56 kg/(m3·d)，負(fù)荷低于反硝化濾池0.8～1.2 kg/m3的常規(guī)數(shù)據(jù)。

深床濾池的主要工藝參數(shù)如表3所示。

表3 深床濾池主要工藝參數(shù)

3.2 改造后進(jìn)出水水質(zhì)分析

2019年，全年實(shí)際進(jìn)水水量單月平均值在37 000～52 000 m3/d之間，年平均進(jìn)水量為46 754 m3/d；實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)污染物年平均濃度如表4所示。

表4 2019年年平均進(jìn)水水質(zhì) 單位：mg/L

通過(guò)對(duì)比可以看出，相對(duì)于2015年，2019年進(jìn)水的COD濃度明顯提高，SS略有下降，氨氮、總氮及總磷基本維持一致。

2019年，提標(biāo)后實(shí)際出水水質(zhì)污染物年平均濃度如表5所示。

表5 改造后年平均出水水質(zhì) 單位：mg/L

綜上，2019年，提標(biāo)后實(shí)際出水水質(zhì)年達(dá)標(biāo)率(按照準(zhǔn)地表IV類水標(biāo)準(zhǔn))整體達(dá)標(biāo)率為100%。

4 結(jié)語(yǔ)

以準(zhǔn)地表IV類水為目標(biāo)的新一輪市政污水處理廠提標(biāo)改造過(guò)程中，在傳統(tǒng)AAO工藝基礎(chǔ)上，二級(jí)生化段采用多級(jí)缺氧好氧工藝，深度處理段采用深床濾池技術(shù)，在工程上可以滿足氨氮及總氮穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，并具有一定的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。未來(lái)，從減少外加碳源投加量及提高脫氮效率、減少占地面積、縮短停留時(shí)間上優(yōu)化考慮，可以采用SBR反應(yīng)器，利用短程硝化-厭氧氨氧化技術(shù)進(jìn)行脫氮。