市政污水中深床反硝化濾池處理工藝研究

李衛(wèi)剛

摘 要：研究市政污水中深床反硝化濾池處理工藝：通過深度脫氮工藝來進行脫氮，使得出水水質(zhì)達到準IV類水質(zhì)標準。采用兩級AO+MBR工藝，并設(shè)置厭氧區(qū)來進行除磷。運用二沉池進行混凝沉淀深度處理，濾料采用石英砂，支撐介質(zhì)為鵝卵石，采用生物脫氮除磷工藝深度處理，采用次氯酸鈉對出水水質(zhì)進行消毒。運用反沖洗的方式將濾料中的ss等污染物進行沖洗，直到結(jié)束后使得濾床能夠繼續(xù)過濾。對反硝化所需容積和濾料容量進行計算，得到濾池厚度和濾池格數(shù)進行具體處理：通過焚燒爐將污泥進行礦化處置，將污泥中蘊含的碳水化合物轉(zhuǎn)化成水和二氧化碳，在高溫下進行滅菌消毒處理。對臭氣進行活性基團被氧化完成除臭工藝。測試結(jié)果表明，處置后不同的碳源之間差異減小，在100 min時NO3--N濃度降到0，去除率高達100 %，增加了脫氮反硝化效果，提高了生物反硝化效率，滿足一級 A 標水質(zhì)排放標準，有效緩解了污水治理壓力。

關(guān)鍵詞：市政污水；反硝化；處理；工藝

中圖分類號：X703? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2096-6903（2024）05-0125-04

0引言

隨著城市化進程的加快和工業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展，市政污水排放量逐年增加，對環(huán)境造成了嚴重的影響。為了解決這一問題，通過建立污水處理廠，采用各種處理工藝對污水進行凈化處理。先進的污水處理工藝被廣泛應(yīng)用于市政污水處理中，使水質(zhì)得到進一步改善，為相關(guān)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用提供參考[1]。通過增加深床反硝化濾池的脫氮效率，優(yōu)化工藝參數(shù)，改進設(shè)備結(jié)構(gòu)，使得反硝化細菌的生長速度和活性增強。在水處理中為降低能源消耗，注重節(jié)能減排方面的設(shè)計和優(yōu)化。引入自動化智能化控制設(shè)備，以提高處理效率和處理質(zhì)量，可達到較好的施工效果。針對不同污水類型和排放標準，通過與其他工藝的組合應(yīng)用，實現(xiàn)多種污染物的協(xié)同去除。

傳統(tǒng)分體混凝土濾板的施工過程較為繁瑣，需要對接縫進行加工，在此過程中塊體強度不同，容易造成漏水漏氣現(xiàn)象。在過濾和反沖洗時阻力大，水流程度不同，導致濾料容易產(chǎn)生積泥等問題[2]。傳統(tǒng)濾池的反沖洗過程難以保證局部沖洗強度的均勻性，容易導致承托層松動，產(chǎn)生漏砂等不良后果。傳統(tǒng)濾池的曝氣裝置外露在空氣中，會影響到整體的美觀。曝氣裝置需要長時間開啟，導致噪聲較大，影響了周圍環(huán)境，使得在實際設(shè)計中無法展現(xiàn)出優(yōu)勢，結(jié)果難以符合預期?；诖吮疚囊允姓鬯猩畲卜聪趸癁V池處理工藝為研究目標，結(jié)合實際情況進行分析測試。

1深床反硝化濾池處理

1.1 設(shè)計進出水水質(zhì)

在市政污水處理廠中，需要嚴格對出水水質(zhì)進行標準化處理來滿足深度處理的要求。通常需要建立深度脫氮工藝來進行脫氮[3]。經(jīng)過反硝化濾池的混凝進行磷物質(zhì)消除。根據(jù)實際要求，排放水的水質(zhì)需要達到《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB3838—2002）準IV類水質(zhì)標準，其進出水的水質(zhì)情況如表1所示。

經(jīng)過深度處理后，控制指標需要達到準IV類水質(zhì)標準。同時還要考慮后續(xù)保障措施來使得出水水質(zhì)瞬時達標，完成深度脫氮除磷處理[4]。

1.2 深床反硝化濾池工藝設(shè)計

反硝化濾池的工藝流程如下：在深床反硝化濾池中，污水首先經(jīng)過曝氣池進行曝氣，然后進入沉淀池進行沉淀，最后進入反硝化濾池進行反硝化反應(yīng)。在反硝化濾池中，通過向污水中添加碳源，利用反硝化細菌進行反硝化反應(yīng)，將污水中的硝酸鹽和亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為氮氣，實現(xiàn)脫氮效果。

為了加強污水處理的效果，采用深床反硝化濾池工藝，具體為：深床反硝化濾池主體采用兩級AO+MBR工藝，并設(shè)置厭氧區(qū)來進行除磷，以提升脫氮除磷效果，增強耐沖擊能力，使污水處理過程能夠穩(wěn)定運行。

采用MBR工藝對泥水進行分離，運用二沉池進行混凝沉淀深度處理，以減少占地面積。兩級AO前設(shè)置水解酸化池，不僅可以提升廢水的可生化性，還能夠通過控制碳源的投加量，進一步去除廢水中的TP、TN，減少廢水中COD、BOD的含量，使出水水質(zhì)全部達標[5]。

采用生物脫氮除磷工藝，在市政污水處理方面能夠進行深度處理。本著一池多用的原則，采用格柵+曝氣池工藝進行設(shè)計。生化處理采用水解酸化池+A/兩級AO-MBR。針對于出水過程，需要采用次氯酸鈉對出水水質(zhì)進行消毒。經(jīng)生物段處理后的污水，通過反硝化深床濾池的進出水通道完整地進入濾床中，在每格深床反硝化濾池內(nèi)進行沉淀，將懸浮物等污染物保存在濾料上[6]。運用反沖洗的方式將濾料中的ss等污染物進行沖洗，直到濾床能夠繼續(xù)過濾。反硝化工藝流程如圖1所示。

在不使用化學藥劑進行除磷的情況下，出水的條件需滿足：BOD<3 mg/L，SS<3 mg/L，TN<1 mg/L，TP<1.2 mg/L。在使用化學藥劑的情況下，設(shè)定總變化系數(shù)2.1。通過潛水泵提升進入反硝化濾池，設(shè)計濾池的深床濾池為8格，每格3.2 m×3.22 m。濾池布置為雙向狀態(tài)，同時設(shè)置清水池可以對濾床進行清理[7]。設(shè)計濾速為5.12 m/h，沖洗停留時間為20 min，反沖洗時間為2 min。設(shè)計反沖洗強度中，氣沖強度為100 m3/min·m2，水沖強度為200 m3/min·m2。在施工過程中，需要準備一臺機械攪拌器，功率為1.25 kW。布設(shè)排水排氣系統(tǒng)，使用304不銹鋼管組成，單格面積為22.3 m2。濾料采用石英砂，并設(shè)置濾床深度為2.05 m。使用的支撐介質(zhì)為鵝卵石，控制粒徑為32 mm。采用潛水離心泵進行反沖水，流量為1 258 m3/h。

1.3 深床反硝化濾池處理

在設(shè)計工藝參數(shù)后，對反硝化所需容積進行計算，可得到反硝化深床濾池的容量[8]。結(jié)合實際地區(qū)水質(zhì)情況，設(shè)定負荷為0.45kg NO3--N/（m3·d），水量為4 250 m3/d，則濾料容量的計算公式如式（1）所示。

（1）

式中：E為NO3-總量；S為反硝化容積負荷。通過計算濾料的容積，得到濾池厚度和濾池格數(shù)。設(shè)計濾速，根據(jù)運行的環(huán)境與進水量的變化來進行調(diào)整。對反硝化速率進行計算，其公式如式（2）所示。

（2）

式中：R為硝酸鹽濃度隨時間變化下降；CV為ss含量。通常情況下，強制濾速通常為13 m/h?？刂埔欢ǖ乃顏肀Ｗo濾床，減少水質(zhì)破壞濾床的情況發(fā)生，能夠應(yīng)對峰值流量。需要頻繁性地清洗截留的固體，使水流和氣流逆向通過濾池，這樣濾料在互相作用下能夠?qū)㈦s質(zhì)清除。降低有機氮含量，適當使用高質(zhì)量碳，使反硝化物質(zhì)形成氮氣，達到脫氮目的[9]。

在去除有機磷時，在深床濾池前增設(shè)雜質(zhì)反應(yīng)池，可以直接觀察到沉淀反應(yīng)，將混凝與過濾步驟進行整合。在這個過程中去除大量的重金屬，提高產(chǎn)出量及水質(zhì)。在反硝化反應(yīng)過程中，在冬季時加投碳源，增強反硝化因子集成，使氮含量達標。

在處理方面，運用相關(guān)措施將處理后的污泥集中進行填土埋入。通過焚燒爐將污泥進行礦化處置，減少灰燼的產(chǎn)生。將污泥中蘊含的碳水化合物轉(zhuǎn)化成水和二氧化碳，在高溫下進行滅菌消毒處理[10]。污泥經(jīng)過焚燒處理后，病原體會被消滅，實現(xiàn)了無害化處理。這樣就能夠保持較大減容量，節(jié)約運輸成本。當燃燒產(chǎn)生高溫煙氣，可以通過發(fā)電生熱，增加資源的利用率。將剩余的污泥材料進行利用，對于較大規(guī)模的污泥項目，采用處置方式將處理后的污泥作為肥料，應(yīng)用于農(nóng)田等場合進行處置。

在處置過程中，需要對臭氣處理工藝。在污水處理工藝過程中，大部分臭味氣體屬于有機物。這類物質(zhì)具有活性因子，容易發(fā)生氧化反應(yīng)。當活性因子群被氧化后，臭味被驅(qū)散，即完成除臭工藝。通過使用活性炭吸附來進行除臭，利用微生物對臭氣有機物進行降解，將臭氣轉(zhuǎn)化成二氧化碳，水等成分，完成臭氣處理工藝。

深床反硝化濾池具有以下4點優(yōu)點：①處理效率高。深床反硝化濾池可以有效地去除污水中的硝酸鹽和亞硝酸鹽，實現(xiàn)脫氮效果。②處理質(zhì)量穩(wěn)定。由于深床反硝化濾池中存在大量的反硝化細菌，因此可以穩(wěn)定地進行反硝化反應(yīng)，保證處理質(zhì)量。③可去除多種污染物。深床反硝化濾池不僅可以去除硝酸鹽和亞硝酸鹽，還可以去除污水中的其他污染物，如有機物、氨氮等。④運行成本低。深床反硝化濾池的運行成本相對較低，因為其能耗和藥品消耗量都相對較低。

2實例分析

2.1 工程概況

某污水處理廠總面積約為1 250 ha，其規(guī)劃將分兩期實施。一期工程的處理規(guī)模為0.12萬m?/d。廠區(qū)內(nèi)包括格柵及進水泵房，曝氣池，水解酸化池和反硝化生物濾池，計量槽，配水井及污泥泵井。在污泥處理機房中配置除臭裝置，并設(shè)置清水池。兩級AO-MBR池的設(shè)備將分為兩期建設(shè)。試驗中所運用到的儀器包括FF-145E低溫培養(yǎng)箱、電子分析天平、酸度計、壓力蒸汽滅菌器和分光光度計。還需要準備FD545型消解器，磁力攪拌器和DR85型溶氧分析儀。選用1.5 L的燒杯并按照碳源種類數(shù)量進行配比，在裝置中依次加入不同種類的試驗藥劑。在試驗中廢水的配比如表2所示。

將燒杯內(nèi)污泥濃度控制為1.65 g/L，間隔0.5 h利用滴管取樣，這樣能夠根據(jù)不同時段中的濃度值對反硝化脫氮數(shù)據(jù)測定。

2.2 結(jié)果與分析

在低過濾速度下，隨污水流進入過濾材料的深層，在濾池的運行過程中反硝化介質(zhì)層中會存在大量微生物殘留。在分解有機物過程中產(chǎn)生反硝化反應(yīng)，運用本文處理技術(shù)來對水中的氮進行去除。根據(jù)設(shè)計工藝及參數(shù)，對試驗裝置中的NO3--N濃度變化進行測試，具體結(jié)果如圖2所示。

由圖2中結(jié)果可以看出，在對處理污水中，通過本文的處理方法進行處置后，內(nèi)部的NO3--N濃度均隨時間開始減少，不同的碳源之間差異減小。在100 min時NO3--N濃度降到0。

由于硝化細菌對環(huán)境條件非常敏感，在低溫情況下會對有機物的去除效果產(chǎn)生干擾。所以，為了驗證本文處理技術(shù)的有效性，需要進一步進行測試。首先，需要添加化學除磷劑來保障出水TP穩(wěn)定，根據(jù)活性污泥經(jīng)驗，在曝氣池內(nèi)維持適當?shù)娜芙庋酰乐挂l(fā)污泥自身氧化。在此過程中，設(shè)置8個小組均進行測試，通過計算可以得到其反硝化速率。當NO3--N濃度均能夠達到0 mg/L時表示達到最優(yōu)去除效果。測試結(jié)果具體如表3所示。

由表3中結(jié)果可知，經(jīng)過8次測試后裝置中的NO3--N濃度均為0 mg/L，去除率高達100%。同時說明運用本文處理方法能夠?qū)O3--N完全去除，可使代謝途徑較為集中，從而增加了反硝化脫氮效果，易于微生物吸收利用，具有良好的NO3--N去除效果。

運用各類處理技術(shù)對市政污水進行處理，在低碳源進水條件下，可提高生物反硝化效率，滿足準IV類水質(zhì)排放標準。通過處理將附著于表面的微生物進行分解，使得懸浮料處于流化狀態(tài)，以達到降解有機物的目的。同時，該處理技術(shù)還能夠有效去除廢水中的有害物質(zhì)，確保出水水質(zhì)符合環(huán)保要求，為城市的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻。

3結(jié)束語

本次研究從市政污水中深床反硝化濾池處理出發(fā)，深入分析市政污水中的有關(guān)問題。該工藝采用形狀相同的石英砂為反硝化生物的具體介質(zhì)，利用物理及生化技術(shù)去除水中的懸浮物和硝酸鹽氮，較其他污水處理工藝運行成本較低，達到顯著的處理效果。深床反硝化濾池工藝還可以結(jié)合其他硝化工藝，通過石英砂濾料的過濾等作用來去除污染物，使水質(zhì)得到進一步改善。但是本文方法中還存在著不足，比如出水水質(zhì)標準，BAF工藝問題，去除氨氮問題。今后應(yīng)更加完善工藝，運用深床反硝化濾池工藝處理市政污水等各類廢水，結(jié)合工程實際條件，對市政污水進行更好地處理。通過本文工藝的處理，可以顯著提高水質(zhì)，保護環(huán)境和人體健康。

參考文獻

[1] 朱強，張晗，張為堂，等.多段AAO+深床反硝化濾池在城市污水處理廠提標擴容的設(shè)計[J].水處理技術(shù)，2022，48（6）：147-151+156.

[2] 高陽，周利，李凌云，等.反硝化深床濾池深度處理市政污水及其微生物特性[J].中國給水排水，2022，38（19）：54-60.

[3] 鄭偉波，單伊娜，胡如意，等.高效沉淀池+反硝化深床濾池用于污水廠提標改造[J].中國給水排水，2021，37（16）：124-129+136.

[4] 儲杰.高效纖維束濾池用于污水廠提標改造的中試研究[J].工業(yè)水處理，2021，41（11）：99-102.

[5] 王國亮，劉劼，孫紅芳，等.西安市第十污水處理廠準Ⅳ類水提標改造方案的工藝比選及實施建議[J].環(huán)境工程學報，2021， 15（10）：3428-3436+3164.

[6] 李紅麗，朱歷，紀榮平.前置反硝化生物濾池改進工藝處理水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水研究[J].水處理技術(shù)，2021，47（5）：106-110.

[7] 白華清，賀陽，袁紹春，等.改進型Bardenpho+反硝化濾池用于污水廠提標改造[J].工業(yè)水處理，2021，41（12）：132-136.

[8] 宋永蓮，楊丹丹，鄭俠.懸浮濾料在上向流反硝化濾池中試裝置中的應(yīng)用[J].化工環(huán)保，2022，42（1）：119-123.

[9] 劉彩風，胡海冬，廖可薇，等.污水處理廠中溶解性有機硫的濃度分布和分子轉(zhuǎn)化特征[J].環(huán)境科學學報，2022，42（6）：12-23.

[10] 王林，張浩浩，吳興海，等.反硝化生物濾池深度脫氮中試運行效能及微生物菌群分析[J].同濟大學學報（自然科學版），2021，49（12）：1727-1737.