基于BO-BF技術(shù)的零碳源投加污水脫氮效果研究

于 遙，楊宜笑

(深圳市朗坤生物科技有限公司，廣東 深圳 518000)

1 概述

由于氮素污染物的超標排放，近年來水體富營養(yǎng)化問題愈發(fā)嚴重，對自然環(huán)境和動植物生存都構(gòu)成了較大的威脅，高效脫氮已經(jīng)成為污水達標處理的關(guān)鍵任務(wù)。然而，當污水中有機碳源不足時，反硝化過程將因為缺少有機碳源而不能順利進行，導(dǎo)致最終的生物脫氮效率大幅降低。目前，污水處理廠面臨的一個重大挑戰(zhàn)是如何經(jīng)濟有效地從低碳源污水中強化脫氮，以滿足日益嚴格的排放質(zhì)量標準。

針對因低碳源現(xiàn)象導(dǎo)致的污水脫氮效率低的問題，目前已研發(fā)出一系列的解決方法。朱磊等針對低碳源條件帶來的脫氮效率不高的問題，研究了微米零價鐵粉對人工快滲系統(tǒng)脫氮性能的強化效果，結(jié)果表明當鐵砂體積比為1∶10、濕干比為1∶3、C/N比為4∶1時，TN的出水含量為25.8mg/L，TN去除率比未投加微米零價鐵粉的人工快滲系統(tǒng)提高了17.8%。

本研究將構(gòu)建基于生物接觸氧化(Bio-contact oxidation pond，BO)和生物砂濾(Bio-sand filter，BF)技術(shù)的聯(lián)合系統(tǒng)，在不投加任何外碳源的情況下啟動反應(yīng)器，考察其對污水中氮素污染物的去除效果并解析其作用機制，以期為零碳源投加時的污水高效低耗脫氮提供新的技術(shù)方法。

2 材料與方法

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)置

BO-BF系統(tǒng)是采用有機玻璃材料制成的柱體結(jié)構(gòu)，有效高度為150cm，內(nèi)部直徑為25cm，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。主體結(jié)構(gòu)包括BO池(高80cm)和BF池(高40cm)，2池之間通過穿孔隔板分開，隔板上方設(shè)有碎石區(qū)I，碎石區(qū)I上、下方各墊有2層濾布；BF池上方設(shè)有碎石區(qū)II，碎石區(qū)I和碎石區(qū)II高均為5cm，均填充粒徑為0.5～1cm的碎石，碎石區(qū)II上方設(shè)有氣液分離區(qū)(高20cm，不進行填充)。BO池左側(cè)下方設(shè)有進水口和進水閥，底部設(shè)有排泥口和排泥閥，內(nèi)部填充有懸浮固體濃度為4000mg/L左右的厭氧氨氧化污泥和粒徑為0.3～0.5cm的自制生物炭球(將羊糞生物炭粉、黏土粉、碳酸氫鈉、硅酸鈉按照質(zhì)量比15∶10∶1∶1混合，加入適量去離子水攪拌均勻后，放入制球機中制成濕潤的生物炭球，烘干后再放進馬弗爐膛內(nèi)，采用20℃/min的升溫速率加熱到600℃并維持2h，結(jié)束后冷卻保存)，其填充比為40%；BF池內(nèi)填充有粒徑為0.2～0.5mm的河砂，河砂在填充前采用厭氧氨氧化污泥和反硝化污泥的混合污泥進行接種，2種污泥的懸浮固體濃度比為3∶1。排氣口和排水口分別位于氣液分離區(qū)上方和右側(cè)中部。

圖1 BO-BF系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 進水條件

2.3 操作條件

2.4 分析方法

3 結(jié)果與討論

3.1 氮出水濃度變化

不同水力負荷下BO-BF系統(tǒng)的出水“三氮”質(zhì)量濃度變化情況如圖2所示。

圖2 氮素污染物的出水濃度變化

由圖2可知，當進水水力負荷為0.5m/d時，隨著運行時間的延長，出水“三氮”濃度逐漸下降，運行到第13d時出水水質(zhì)基本趨于穩(wěn)定，“三氮”的出水濃度均值分別為1.1、1.1、0.5mg/L，處于較低水平，可見該水力負荷條件下BO-BF系統(tǒng)去除污水中的氮素污染物的效率較高。此時，提升水力負荷到0.8m/d，由于進水中氮素污染物的總量突增，BO-BF系統(tǒng)未能迅速響應(yīng)而導(dǎo)致出水“三氮”濃度均有所升高，但是隨著運行時間的增長，系統(tǒng)逐漸適應(yīng)該水力負荷條件，運行到第28d時趨于穩(wěn)定，穩(wěn)定運行期間“三氮”的出水濃度均值分別為1.6、1.1、1.8mg/L，濃度總和相比水力負荷為0.5m/d時有所增大。此后進一步提高水力負荷分別到1.0、1.2、1.5m/d，BO-BF系統(tǒng)分別在運行至第46、70、95d時近于平穩(wěn)，穩(wěn)定工作時期，水力負荷為1.2m/d時的“三氮”出水濃度均值依次為2.4、2.7、1.4mg/L，對應(yīng)的TN出水含量僅為6.5mg/L，可見其依然有著較好的脫氮效果。但是，當水力負荷增大到1.5m/d時，出水“三氮”的濃度均明顯升高，均值分別達到了8.6、8.5、2.2mg/L，較難滿足排放標準的要求。綜合考慮去除效率和處理水量的大小，選擇水力負荷為1.2m/d作為BO-BF系統(tǒng)的適宜進水條件，通過70d的梯度馴化，可實現(xiàn)在零碳源投加下污水中“三氮”的有效去除，出水濃度得到了大幅降低。

3.2 氮去除率變化

圖3 氮素污染物的去除率變化

3.3 化學(xué)計量比變化

圖4 化學(xué)計量比的變化情況

(1)

表1 穩(wěn)定運行期的化學(xué)計量比均值

3.4 脫氮機制分析

圖5 脫氮機制示意圖

綜合來看，BO-BF技術(shù)無需任何外加有機碳源即可實現(xiàn)高效脫氮，克服了傳統(tǒng)硝化反硝化過程對碳源的依賴，避免了由于碳源投加不當而造成二次污染的問題。同時，由于零碳源投加，省去了碳源的購置費用和投加成本，該技術(shù)的綜合運行成本低，操作便捷，對低碳源污水表現(xiàn)出良好的處理能力。

4 結(jié)語

針對低碳源污水脫氮效率低的問題，構(gòu)建了BO-BF聯(lián)合系統(tǒng)處理低碳源污水，考察了零碳源投加條件下該技術(shù)對污水的脫氮效果及作用機制，得到如下結(jié)論。