反硝化滤布滤池中试研究

郭家宏 徐晓东 陈莉佳

(1.上海中冶技术工程有限公司,上海 200333;2.同济大学环境科学与工程学院,上海 200092)

反硝化滤布滤池中试研究

郭家宏1,2徐晓东1陈莉佳1

(1.上海中冶技术工程有限公司,上海 200333;2.同济大学环境科学与工程学院,上海 200092)

本文采用新研发的反硝化滤布滤池处理城市污水厂二级出水,通过投加乙酸钠进行反硝化脱氮过滤。实验结果表明当进水TN为14.5mg/L,水力负荷为≤2.0m3/(m2·h),乙酸钠投加量≥40mg/L,通过该工艺处理出水TN可以达到8mg/L以下,总氮的去除效率随着水力负荷的升高而呈现降低的趋势。当水力负荷为1.0 ～ 2.25 m3/(m2·h)时,总氮平均去除率由62%降至38%。

反硝化 滤布滤池 碳源

近年来，我国的污水处理能力得到广泛提升，很多城市的市政污水已经得到全面的收集处理。城市污水经常规活性污泥法等二级处理后，虽然BOD去除率可达90%以上，但脱氮率一般仅为20%-50%。对很多以污水厂出水作为补水水源的水体来说，总氮是导致水体富营养化的关键因素[1]。

目前国内城市污水厂通过提标改造，出水水质已经达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级A标准，其出水总氮已经小于15mg/L，要想在此基础上继续削减总氮排放，只能从两方面着手：一是提高现有污水处理系统的碳源利用效率，继续削减总氮；二是在污水厂尾水中外加碳源，通过反硝化实现脱氮。由于城市污水中可作为反硝化的碳源总量一定，决定了第一种方式对总氮削减的提升空间也有限，且由于各污水厂具体处理工艺不同，很难实现标准化改造措施。通过投加外碳源后进行反硝化过滤脱氮的方式，是目前污水厂尾水脱氮最有效的手段[2]。

图1 中试流程图

图2 反硝化滤布滤池中试设备剖面图

由于反硝化滤池一般采用石英砂滤料，通过滤料上的生物膜来实现反硝化，微生物太少则效率不高，过多则滤料容易板结和堵塞。另外反硝化滤池水头损失较大，运行过程中的氮气释放也会影响过滤。为了解决上述问题，设计开发了反硝化滤布滤池，并进行中试研究。

1 中试装置介绍

中试装置的流程图如图1所示，市政污水厂二沉池出水接引水罐，经进水泵提升至反硝化滤布滤池中试设备，在水泵的出水管上投加碳源。

图3 不同水力负荷对TN去除率的影响

图4 乙酸钠投加浓度与总氮去除直接的关系

反硝化滤布滤池中试设备的剖面图如图2所示。反硝化滤布滤池中试设备的底部设进水口，中部设柔性填料区，上部为泥水分离区，柔性填料上生长供反硝化的生物膜。加过碳源的原水从底部进入后，穿过中间的柔性填料层，经反硝化脱氮后，进入上部泥水分离区域。此区域内设滤布过滤装置，将水中的悬浮物与水分离，清水穿过滤布经出水口排出。随着滤布上截留的悬浮物越来越多，滤池内的水位会不断上升，当上升到规定液位时，滤布上的转刷会被启动，被滤布截留的悬浮物经转刷清洗后，由回流泵输送至进水端，从而保证了设备内部的污泥浓度，当污泥量过大时，通过底部的排泥阀排出。

中试设备参数如表1所示，滤布为立毛纤维式滤布，等效孔径为5μm。

图5 总氮去除率沿填料层高度变化

图6 不同通量情况下的出水SS

表1 中试设备参数

表2 试验进水水质

2 试验效果

2.1 进水水质

试验进水为太湖流域某污水厂二级处理出水，试验期间出水水质如表2所示。

2.2 试验结果

(1)水力负荷对TN去除效果的影响。以乙酸钠为碳源，投加浓度为40mg/L，以滤布滤速为主要参数，不同水力负荷条件下，总氮的去除率如图3。

总氮的去除效率随着水力负荷的升高而呈现降低的趋势。当水力负荷为1.0～2.25m3/(m2·h)时，总氮平均去除率由62%降至38%。表明不同的水力负荷条件对总氮的影响较大。水力负荷越小，污水在系统内的停留时间越长，基质与生物膜的接触时间越长，同时水力负荷小，水力扰动小，对生物膜的冲刷作用小，因此生物膜较厚，容易在生物膜内部形成厌氧微环境，为反硝化菌脱氮创造有利条件；随着水力负荷增加，水流对生物膜的冲刷作用逐渐增强，生物膜变薄，厌氧环境被破坏，反硝化菌活性较低，但较快的传质条件能够保证好氧反硝化细菌底物充足，因此在较大水力负荷条件下，好氧反硝化细菌完成脱氮任务[3]。但随着负荷的进一步增加，基质与生物膜之间没有有效的接触时间，因此去除效率大幅度下降。故而水力负荷对总氮的去除效率有较大的影响。

(2)碳源投加量对总氮去除效果的影响。

在滤布水力负荷为1.5m3/(m2·h)的条件下，分3个阶段投加乙酸钠，浓度分别为30mg/L，40mg/L以及50mg/L，试验结果如图4所示。去除单位总氮的乙酸钠平均投加量分别为6.3mg/mg、7.2mg/mg以及7.9mg/mg。这说明随着碳源投加量的增加，碳源的利用率相应降低。

(3)TN变化规律。

在进水总氮13.5mg/L，水力负荷2.0m3/(m2·h)的条件下，不同填料层高度对总氮去除效果的影响如图5所示。由图可知，在填料层0～0.6m段，总氮的效果明显，0.6m处有高达31%的去除率，随着填料高度增加，总氮仍有一定的去除率，但效果没有滤池底端明显。最终出水总氮去除率达到43%，出水总氮为7.64mg/L，小于15mg/L，总氮去除主要在0-0.6m填料区域内进行。

(4)出水SS。

滤布在不同的通量下，其出水SS如图6所示。由图可知，在1.0～2.25m3/(m2·h)的通量范围内，滤布出水SS为5.5～7.2mg/L，出水水质满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级A标准。但随着通量的增加，会使滤布滤池的反冲洗周期缩短。

3 结语

(1)采用反硝化滤布滤池处理城市污水厂二级出水，当进水TN为14.5mg/L，水力负荷为≤2.0m3/(m2·h)，碳源投加量≥40mg/L时，通过该设备可以使出水TN达到8mg/L以下。水力负荷对总氮的去除效率有较大的影响，当水力负荷为1.0～2.25m3/(m2·h)时，总氮平均去除率由62%降至38%。(2)在相同的滤布水力负荷条件下，碳源的利用率随着碳源投加量的增加而降低。乙酸钠投加浓度分别为30mg/L，40mg/L以及50mg/L，对应的去除单位总氮的乙酸钠平均投加量分别为6.3mg/mg、7.2mg/mg以及7.9mg/mg。(3)不同填料层高度对总氮去除率差异较大，总氮去除主要在0-0.6m填料区域内进行，高达31%。(4)在1.0～2.25m3/(m2·h)的通量范围内，滤布出水SS为5.5～7.2mg/L，均满足一级A排放标准，但滤布滤池的反冲洗周期会随着通量的增加而缩短。

[1] 刘雷斌,戴前进,方先金等.城市污水处理厂二级出水深度脱氮(TN≤5mg/L)试验研究[J].水工业市场,2012,(7):48－51．

[2]秦海霞.安徽某污水厂深度处理工艺设计[J].中国给水排水,2012,28(1):89－91．

[3]郑俊,孙楠.不同性质滤料的反硝化生物滤池脱氮试验研究[J].水处理技术,2011,37(9):73－76．

资助课题编号:城镇污水处理厂深度脱氮技术研究与示范TH2012201。