蔣 悅,花春文
(1.成都紡織高等??茖W(xué)校材料與環(huán)保學(xué)院,四川 成都 611731;2.四川中測(cè)環(huán)境技術(shù)有限公司,四川 成都 610036)
近年來,由于城市建設(shè)高速發(fā)展,人口逐年增加,用水量和排水量與日俱增,水環(huán)境污染問題日趨嚴(yán)重。根據(jù) 《2009年成都市環(huán)境質(zhì)量公報(bào)》,岷江水系成都入境斷面 “都江堰水文站”水質(zhì)為Ⅱ類水域標(biāo)準(zhǔn),達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn);岷江成都出境斷面 “雙流縣黃龍溪”水質(zhì)為劣Ⅴ類,未達(dá)到劃定的Ⅲ類水域標(biāo)準(zhǔn),主要污染項(xiàng)目為NH3-N(劣Ⅴ)、DO(Ⅳ)、BOD(Ⅳ)。就大流域來看,提升污水收集處理水平的需求依然迫切,同時(shí) 《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)、《四川省岷江、沱江流域水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB51/2311-2016)等標(biāo)準(zhǔn)也直接對(duì)污水處理工藝的脫氮除磷功能提出了更高的要求。
本文以成都市某市政污水處理廠為例,著重分析了濾池HRT、碳源投加量、DO等對(duì)脫氮效果的影響,希望為反硝化濾池應(yīng)用于其他污水廠的運(yùn)行管理提供借鑒與參考。
某市政污水廠處理規(guī)模,近期 5000m3/d,采用一體化A2/O生化池+高密度沉淀池+反硝化深床濾池的水處理工藝,設(shè)計(jì)出水水質(zhì),總氮執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》 (GB18918-2002)一級(jí)A標(biāo),其余各水質(zhì)指標(biāo)執(zhí)行 《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》 (GB3838-2002),進(jìn)出水水質(zhì)見表1。工藝流程如圖1所示。
表1 污水廠近期設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì) mg/L
該污水處理廠反硝化深床濾池最大設(shè)計(jì)流量362.5m3/h,設(shè)計(jì)濾速6m/h,強(qiáng)制濾速9m/h,
最大過濾水頭2.5m。濾池共4格,總尺寸為L×B×H =21.24×13.4×8m,單格過濾面積20.13m2,濾床深度1.83m,濾池前設(shè)置混合攪拌器,混合時(shí)間30s。反沖洗周期為24h,分為氣洗、氣水洗、水洗三個(gè)階段,歷時(shí)分別為2min、7min、5min,強(qiáng)度分別為 92m3/(m2·h),92m3/(m2·h)、15 m3/(m2·h);驅(qū)氮周期 4h,驅(qū)氮水反沖洗強(qiáng)度 15m3/(m2·h),歷時(shí) 2min。
該污水處理廠服務(wù)于周邊居民及某工業(yè)園區(qū),工業(yè)廢水所占比例70%,園區(qū)內(nèi)企業(yè)執(zhí)行 《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,2019年主要進(jìn)水水質(zhì)情況見表2。分析污水處理廠進(jìn)水水質(zhì),平均BOD5/CODcr=0.48,生化性較好;平均 CODcr/TN=6.62,當(dāng)廢水經(jīng)過高密度沉淀池后,m(C)/m(N)已下降至不足2,需要在反硝化環(huán)節(jié)外加碳源強(qiáng)化脫氮。
表2 2019年主要進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo) mg/L
根據(jù)反硝化深床濾池前段工藝的出水水質(zhì)、濾池的運(yùn)行特點(diǎn)與要求,選擇合適的碳源進(jìn)行投加,確定碳源投加量對(duì)氮的去除率及COD去除率的影響;通過改變HRT,確定HRT與脫氮效果之間存在的關(guān)系;尋找DO對(duì)于總氮去除率的影響[1]。
廢水在該污水處理廠經(jīng)過二級(jí)處理后,高密度沉淀池出水中碳源含量低,m(C)/m(N)無法滿足后續(xù)反硝化的要求,碳源不足成為脫氮的限值因素。為促進(jìn)反硝化菌的培養(yǎng),強(qiáng)化反硝化脫氮功能,在反硝化深床濾池中需要投加外加碳源。綜合考慮投加藥劑的經(jīng)濟(jì)成本和效益,同時(shí)兼顧碳源本身的安全性,以及在生物池內(nèi)的實(shí)際有效停留時(shí)間等因素,選定乙酸鈉作為外加碳源[2]。
反硝化深床濾池流量220m3/h,在此情況下調(diào)節(jié)進(jìn)水m(C)/m(N)值分別為3、4、5、6,測(cè)定TN、NO3--N、COD的去除情況[3],如圖1~圖3所示。
圖1 不同m(C)/m(N)值條件下TN的去除情況
圖2 不同C/N值條件下NO3--N的去除情況
圖3 不同C/N值條件下COD的去除情況
總體上看m(C)/m(N)值為5時(shí),脫氮效果最好,繼續(xù)增大m(C)/m(N)時(shí),NO3--N的去除效果會(huì)繼續(xù)提升,但TN的去除率有所回落,同時(shí)也無法保證COD的出水濃度。綜合考慮,m(C)/m(N)值考慮選定在5,當(dāng)COD濃度較大時(shí),要減少外加碳源的投加量,確保COD達(dá)標(biāo)排放的同時(shí),提高乙酸鈉的利用率,避免造成藥劑浪費(fèi)。
在m(C)/m(N)值為5的情況下,改變進(jìn)水流速,控制 HRT為40、30、20min。討論不同HRT情況下,TN和 COD的去除效果[4],見圖4、圖5。
圖4 HRT對(duì)TN去除效果的影響
圖5 HRT對(duì)COD去除效果的影響
由圖4可知,隨著HRT的降低,TN的去除率從85.7%、82.42%降到74.57%,出水平均濃度在增大,分別為 2.49mg/L、2.73mg/L、3.77mg/L,說明HRT的變化對(duì)TN的去除有一定影響,但影響不是十分顯著,40min和30min時(shí)對(duì)應(yīng)的TN出水濃度差異極小。
由圖5可知,隨著HRT的降低,COD的去除率從20.2%、17.3%降到11.3%,變化趨勢(shì)與TN去除率隨HRT減小而減小一致,COD出水平均濃度均保持在20mg/L以內(nèi),均能達(dá)標(biāo)排放。綜合分析TN、COD的變化趨勢(shì),其主要原因是,HRT越長,反硝化消耗的COD會(huì)增多,同時(shí)濾料層對(duì)于溶解性COD也會(huì)產(chǎn)生一定的截留和吸附作用。在水處理的過程中,既要保證處理效果,同時(shí)也要考慮處理的效率,HRT選擇30min較為合理。
在濾池流量 220m3/h,m (C)/m(N)值為5,HRT為30min的情況下,討論不同DO濃度下NO3--N的去除效果。由圖6可知,濾池進(jìn)水DO較高時(shí)TN的去除效果有所降低。分析其原因,通常在缺氧的情況下,作為電子受體的硝基氮與作為電子供體的碳源,在反硝化菌的作用下生成N2,完成反硝化反應(yīng)。然而,反硝化菌是一種兼氧微生物,在有氧、無氧情況下均能進(jìn)行呼吸作用,且當(dāng)分子態(tài)氧和NO3--N同時(shí)存在時(shí),它會(huì)優(yōu)先進(jìn)行能產(chǎn)生較多能量的有氧呼吸[5],從而影響反硝化的脫氮效果,同時(shí)消耗外加碳源,造成浪費(fèi)。
圖6 DO對(duì)NO3--N去除效果的影響
反硝化深床濾池的平均DO為2.86mg/L,導(dǎo)致其無法降低的原因是工藝流程中存在多處因高差造成的跌水復(fù)氧。建議采取措施消除或減弱跌水復(fù)氧,盡可能降低反硝化深床濾池進(jìn)水中DO的濃度,保證反硝化的順利進(jìn)行,使整個(gè)工藝的脫氮效果得以保證。
①控制m(C)/m(N)值為5時(shí),脫氮效果最好,繼續(xù)增大m(C)/m(N)時(shí),NO3--N的去除效果會(huì)繼續(xù)提升,但無法保證COD出水濃度。當(dāng)進(jìn)入反硝化深床濾池的COD濃度較大時(shí),應(yīng)減少外加碳源投加量,在確保COD達(dá)標(biāo)排放同時(shí),提高乙酸鈉的利用率,避免造成藥劑浪費(fèi)。
②通過反硝化深床濾池HRT為20min、30min、40min的脫氮效果對(duì)比發(fā)現(xiàn),水力停留時(shí)間越長,脫氮效果越好,COD去除率越高。但由于40min和30min對(duì)應(yīng)TN出水濃度差異極小,COD去除率差異也不大,且均可達(dá)標(biāo)排放,選擇30min較為合理。
③反硝化反應(yīng)過程中,由于工藝流程高差造成的跌水復(fù)氧導(dǎo)致濾池的進(jìn)水DO無法降低,直接影響脫氮效果,同時(shí)多消耗外加碳源,建議在后續(xù)的運(yùn)行中,采取適當(dāng)措施,消除或減少工藝流程中的跌水復(fù)氧,降低濾池中DO的濃度,從而提高外加碳源的利用率,減少多余DO對(duì)其的消耗[6]。