反硝化深床滤池工艺在污水深度处理中的脱氮研究

2021-01-11花春文

云南化工 2020年12期

蒋悦，花春文

（1.成都纺织高等专科学校材料与环保学院，四川成都 611731；2.四川中测环境技术有限公司，四川成都 610036）

近年来，由于城市建设高速发展，人口逐年增加，用水量和排水量与日俱增，水环境污染问题日趋严重。根据《2009年成都市环境质量公报》，岷江水系成都入境断面 “都江堰水文站”水质为Ⅱ类水域标准，达到规定标准；岷江成都出境断面 “双流县黄龙溪”水质为劣Ⅴ类，未达到划定的Ⅲ类水域标准，主要污染项目为NH3-N（劣Ⅴ）、DO（Ⅳ）、BOD（Ⅳ）。就大流域来看，提升污水收集处理水平的需求依然迫切，同时《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）、《四川省岷江、沱江流域水污染物排放标准》（DB51／2311-2016）等标准也直接对污水处理工艺的脱氮除磷功能提出了更高的要求。

本文以成都市某市政污水处理厂为例，着重分析了滤池HRT、碳源投加量、DO等对脱氮效果的影响，希望为反硝化滤池应用于其他污水厂的运行管理提供借鉴与参考。

1 材料和方法

1.1 处理工艺

某市政污水厂处理规模，近期 5000m3／d，采用一体化A2／O生化池+高密度沉淀池+反硝化深床滤池的水处理工艺，设计出水水质，总氮执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标，其余各水质指标执行《地表水环境质量标准》（GB3838-2002），进出水水质见表1。工艺流程如图1所示。

表1 污水厂近期设计进出水水质 mg／L

1.2 反硝化深床滤池设计参数

该污水处理厂反硝化深床滤池最大设计流量362.5m3／h，设计滤速6m／h，强制滤速9m／h，

最大过滤水头2.5m。滤池共4格，总尺寸为L×B×H ＝21.24×13.4×8m，单格过滤面积20.13m2，滤床深度1.83m，滤池前设置混合搅拌器，混合时间30s。反冲洗周期为24h，分为气洗、气水洗、水洗三个阶段，历时分别为2min、7min、5min，强度分别为 92m3／（m2·h），92m3／（m2·h）、15 m3／（m2·h）；驱氮周期 4h，驱氮水反冲洗强度 15m3／（m2·h），历时 2min。

1.3 试验水质

该污水处理厂服务于周边居民及某工业园区，工业废水所占比例70%，园区内企业执行《污水综合排放标准》三级标准的规定，2019年主要进水水质情况见表2。分析污水处理厂进水水质，平均BOD5／CODcr＝0.48，生化性较好；平均 CODcr／TN＝6.62，当废水经过高密度沉淀池后，m（C）／m（N）已下降至不足2，需要在反硝化环节外加碳源强化脱氮。

表2 2019年主要进水水质指标 mg／L

1.4 试验方法

根据反硝化深床滤池前段工艺的出水水质、滤池的运行特点与要求，选择合适的碳源进行投加，确定碳源投加量对氮的去除率及COD去除率的影响；通过改变HRT，确定HRT与脱氮效果之间存在的关系；寻找DO对于总氮去除率的影响［1］。

2 试验结果及分析

2.1 投加碳源对脱氮效果的影响

废水在该污水处理厂经过二级处理后，高密度沉淀池出水中碳源含量低，m（C）／m（N）无法满足后续反硝化的要求，碳源不足成为脱氮的限值因素。为促进反硝化菌的培养，强化反硝化脱氮功能，在反硝化深床滤池中需要投加外加碳源。综合考虑投加药剂的经济成本和效益，同时兼顾碳源本身的安全性，以及在生物池内的实际有效停留时间等因素，选定乙酸钠作为外加碳源［2］。

反硝化深床滤池流量220m3／h，在此情况下调节进水m（C）／m（N）值分别为3、4、5、6，测定TN、NO3--N、COD的去除情况［3］，如图1～图3所示。

图1 不同m（C）／m（N）值条件下TN的去除情况

图2 不同C／N值条件下NO3--N的去除情况

图3 不同C／N值条件下COD的去除情况

总体上看m（C）／m（N）值为5时，脱氮效果最好，继续增大m（C）／m（N）时，NO3--N的去除效果会继续提升，但TN的去除率有所回落，同时也无法保证COD的出水浓度。综合考虑，m（C）／m（N）值考虑选定在5，当COD浓度较大时，要减少外加碳源的投加量，确保COD达标排放的同时，提高乙酸钠的利用率，避免造成药剂浪费。

2.2 HRT对反硝化效果的影响

在m（C）／m（N）值为5的情况下，改变进水流速，控制 HRT为40、30、20min。讨论不同HRT情况下，TN和 COD的去除效果［4］，见图4、图5。

图4 HRT对TN去除效果的影响

图5 HRT对COD去除效果的影响

由图4可知，随着HRT的降低，TN的去除率从85.7%、82.42%降到74.57%，出水平均浓度在增大，分别为 2.49mg／L、2.73mg／L、3.77mg／L，说明HRT的变化对TN的去除有一定影响，但影响不是十分显著，40min和30min时对应的TN出水浓度差异极小。

由图5可知，随着HRT的降低，COD的去除率从20.2%、17.3%降到11.3%，变化趋势与TN去除率随HRT减小而减小一致，COD出水平均浓度均保持在20mg／L以内，均能达标排放。综合分析TN、COD的变化趋势，其主要原因是，HRT越长，反硝化消耗的COD会增多，同时滤料层对于溶解性COD也会产生一定的截留和吸附作用。在水处理的过程中，既要保证处理效果，同时也要考虑处理的效率，HRT选择30min较为合理。

2.3 DO对反硝化效果的影响

在滤池流量 220m3／h，m （C）／m（N）值为5，HRT为30min的情况下，讨论不同DO浓度下NO3--N的去除效果。由图6可知，滤池进水DO较高时TN的去除效果有所降低。分析其原因，通常在缺氧的情况下，作为电子受体的硝基氮与作为电子供体的碳源，在反硝化菌的作用下生成N2，完成反硝化反应。然而，反硝化菌是一种兼氧微生物，在有氧、无氧情况下均能进行呼吸作用，且当分子态氧和NO3--N同时存在时，它会优先进行能产生较多能量的有氧呼吸［5］，从而影响反硝化的脱氮效果，同时消耗外加碳源，造成浪费。