山西省高速公路站區(qū)污水深度處理技術(shù)應(yīng)用研究

李秋貴

（山西路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西太原 030006）

0 引言

為扎實推進(jìn)碳達(dá)峰行動，《2030 年前碳達(dá)峰行動方案》中明確指出“將綠色低碳理念貫穿于交通基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)營和維護(hù)全過程，降低全生命周期能耗和碳排放”。專家指出，污水處理過程中產(chǎn)生的碳排放量占總量的1%～2%，然而，我國污水處理工藝存在“標(biāo)準(zhǔn)高、能耗高”等問題。

高速公路站區(qū)遠(yuǎn)離市區(qū)，產(chǎn)生的污水基本沒有納入雨污管網(wǎng)，有些處理工藝簡單，未達(dá)標(biāo)就排放，甚至有直接排放的情況，存在重要的安全隱患，嚴(yán)重污染周邊水體。采取分散式污水處理技術(shù)來治理高速公路站區(qū)（服務(wù)區(qū)、收費(fèi)站）及偏遠(yuǎn)地區(qū)的生活污水十分必要，其占地面積少、節(jié)約建設(shè)費(fèi)用，靈活多樣。但分散式污水處理設(shè)施一般存在水質(zhì)達(dá)標(biāo)率低、能耗高，運(yùn)行維護(hù)效率低等問題[1]。

因此，本文按照技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、運(yùn)行穩(wěn)定、運(yùn)維簡便、排放達(dá)標(biāo)的原則，針對高速公路站區(qū)污水處理設(shè)施出水不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，能耗高的難題，提出“基于多元催化復(fù)合載體的自養(yǎng)反硝化生活污水處理技術(shù)（PAD）”的脫氮除磷深度消減技術(shù)體系，并在某公路收費(fèi)站開展實際工程應(yīng)用，探索最佳的工藝運(yùn)行參數(shù)，減少“直接碳排放”。

1 工藝簡介

1.1 工藝原理

基于多元催化復(fù)合載體的自養(yǎng)反硝化生活污水處理技術(shù)由生化預(yù)處理單元（P）+生化耦合深度處理技術(shù)（AD）（簡稱P-AD 污水處理技術(shù)）工藝組成，其原理主要是通過多元催化復(fù)合載體的催化微電解作用、自養(yǎng)微生物的硝化反硝化作用、以及絮凝沉淀作用等高效去除水中COD、氮、磷等污染物[2]。具體的工藝原理如圖1。

圖1 Fe-C載體填料和工藝原理圖

1.2 工藝流程圖

該工藝流程由4 部分組成（見圖2）。

圖2 工藝流程圖

圖3 某收費(fèi)站污水處理現(xiàn)場圖

主要由調(diào)節(jié)池、前處理單元、核心處理單元和中水回用單元構(gòu)成。調(diào)節(jié)池內(nèi)污水通過泵提進(jìn)入前處理單元，通過前處理單元的處理達(dá)到核心處理單元（AD）自養(yǎng)反硝化脫氮除磷反應(yīng)器的入水條件，其中前處理單元主要是去除部分COD 和SS，核心處理單元（AD）由A反應(yīng)器、O 反應(yīng)器和Fe-C 多元催化復(fù)合載體組成，主要用來去除COD、氨氮、總氮、總磷和SS 等，中水回用單元的出水用于景觀綠化、沖廁、道路清洗以及生態(tài)補(bǔ)水等。

2 示范工程概況

該研究選取山西省某高速公路收費(fèi)站開展污水深度處理示范工程。該站擁有約80 名員工，每天產(chǎn)生約10 t 生活污水。生活污水主要來源于衛(wèi)生間沖廁用水、工作人員產(chǎn)生的盥洗廢水、餐飲用水等。

該站區(qū)排放的污水具有如下特征：污水日產(chǎn)量偏低；污水中氨氮濃度較一般生活污水濃度偏高。

3 現(xiàn)場運(yùn)行階段

3.1 材料與方法

3.1.1 現(xiàn)場試驗水質(zhì)

該次試驗生活污水經(jīng)某收費(fèi)站的生活區(qū)排出。具體水質(zhì)指標(biāo)見表1?，F(xiàn)場試驗通過控制變量法調(diào)控HRT 運(yùn)行階段，調(diào)控回流比運(yùn)行階段，調(diào)控DO 運(yùn)行階段。

表1 某收費(fèi)站生活污水進(jìn)水水質(zhì) 單位：mg/L

3.1.2 檢測與分析方法

定期收集調(diào)節(jié)池水樣和O 罐出水樣品，測定COD、氨氮（NH4+-N）、總氮（TN）、總磷（TP）等水質(zhì)指標(biāo)，檢測方法參考中國環(huán)境科學(xué)出版社第4 版《水和廢水檢測分析方法》，具體內(nèi)容見表2。

表2 水質(zhì)檢測項目及分析方法

3.2 不同影響因素分析

3.2.1 HRT對AD工藝去除效果的影響

在以下運(yùn)行條件中，研究了不同水力停留時間（HRT）對組合式AD 工藝去除效果的影響[3]，通過控制溶解氧（DO）濃度在4.0 mg/L 左右，回流比為4∶1，調(diào)整進(jìn)水流量分別為0.6 L/h、0.9 L/h、1.2 L/h，其對應(yīng)的HRT 為5.0 h、7.5 h、10.0 h。圖4 為不同HRT 下組合式AD 工藝去除效果圖。

圖4 不同水力停留時間下COD、TP、NH4+-N、TN的去除效果

如圖4 所示，發(fā)現(xiàn)COD、TP、NH4+-N 和TN 的去除率隨著HRT 的增加而增加。當(dāng)HRT 從5.0 h 增加到7.5 h時，出水中COD、TP、NH4+-N 和TN 的去除率分別從92.86%、90%、87%、79.52% 增加到97.14%、95%、90.83%和84.15%。當(dāng)HRT 從7.5 h 增加到10.0 h 時，COD、TP、NH4+-N 和TN 去除率增加幅度不大[4]。這是因為適當(dāng)?shù)卦黾親RT，有助于延長組合式AD 工藝的硝化和反硝化過程，進(jìn)而提高去除效果。但當(dāng)HRT 過長時，水體中的營養(yǎng)物質(zhì)無法滿足微生物自身代謝，導(dǎo)致反應(yīng)活性降低，從而影響工藝的運(yùn)行效果，因此，選擇該工藝的最佳HRT 為7.5 h。

3.2.2 DO對AD工藝去除效果的影響

為了研究DO 濃度對組合式AD 工藝去除效果的影響，保持HRT 為7.5 h、回流比為4∶1，調(diào)整DO 濃度為3.0 mg/L、4.0 mg/L 和5.0 mg/L。

從圖5 可知，隨著DO 濃度的增加，NH4+-N 的濃度逐漸降低，當(dāng)DO 濃度為4.0 mg/L 和5.0 mg/L 時,出水的NH4+-N的去除率達(dá)到89%以上。當(dāng)DO濃度為4.0 mg/L，TN 的去除率為83%，COD 的去除率達(dá)到93.7%。因此，選擇該工藝的最佳DO 濃度為4.0 mg/L。

圖5 不同DO下COD、TP、NH4+-N、TN的去除效果

3.2.3 回流比對P-AD工藝去除效果的影響

為了研究回流比對脫氮的影響，保持HRT 為7.5 h，DO 濃度為4.0 mg/L，通過調(diào)節(jié)回流泵的流速控制回流比（回流速率∶流入速率）為2∶1、3∶1、4∶1。圖6 為不同回流比下組合式AD 工藝對COD、TP、NH4+-N、TN 的去除效果及去除率。

圖6 不同回流比下COD、TP、NH4+-N、TN的去除效果

由圖6 可知，當(dāng)回流比從2∶1 增加到3∶1 時，COD、TP、NH4+-N、TN 的去除率增加；當(dāng)回流比從3∶1 增加到4∶1 時，COD 和NH4+-N 的去除率略有下降，TN 和TP 的去除率仍增加。這是因為回流比的變化主要影響NO3--N 的去除。因此，提高回流比主要改善了TN 的去除率。

4 結(jié)論

a）該工藝脫氮的反應(yīng)機(jī)理為6NH4++12O2+10Fe—3N2+10Fe3++ 24OH-；除磷的反應(yīng)機(jī)理為Fe3++PO43-+2H2O—FePO4·2H2O。

b）當(dāng)工藝參數(shù)HRT 為7.5 h、DO 濃度為4.0 mg/L、回流比為3∶1 時，水質(zhì)指標(biāo)COD、NH4+-N、TN 和TP 的去除效率最高。