河道断面氨氮去除及水质提升处理工艺技术应用

文_何结 黄德峰 吴红斌

1 上海博丹环境工程技术股份有限公司 2 温州市生态环境促进中心

国务院颁布的《水污染防治行动计划》提出“到2020年，地级及以上城市建成区黑臭水体均控制在10%以内，到2030年，城市建成区黑臭水体总体得到消除”的控制性目标。城市黑臭水体整治已经成为地方各级人民政府改善城市人居环境工作的重要内容。

目前黑臭水体治理的方法很多，大多是将生活污水的处理方法应用于河道处理，同时在消除黑臭后对河道实施生态修复手段，恢复及提高河道自净能力，维持河道生态平衡。

本项目为应急处理项目，旨在河道周边截污纳管未完全的工况下，通过应急处理设备，保障河道断面稳定达标。

1 项目概况

本项目选取城南河西支的一条上游河流的雨山西路至回春桥段，本段河道长度约500m，平均河道宽度3m。

本实验段主要收纳水体为上游的溪水及河道附近生活区排放的生活污水，针对水体中的氨氮指标采取快速有效的治理方法将河道水体的氨氮指标降低40%以上，并在条件允许的情况下，进一步提高氨氮的去除效果。

降水少和上游各类原因会造成最小流量小于500m3/d，而降雨充沛时，流量可能达20000m3/d以上，且带入大量泥沙。

根据现场取样检测结果，确定装置处理规模：1000～3000m3/d。河水经处理后氨氮指标降低40%以上，且设备出水氨氮≤2mg/L。

2 工艺介绍

2.1 实验装置工艺选择

目前，国内外城市黑臭水体整治技术主要有人工曝气、底泥疏浚、化学沉淀和生态修复等。磁分离技术以强磁吸附取代普通重力沉降，大大提高污染物去除效率，缩短水力停留时间，逐渐在黑臭水体治理方面得到应用；但单一磁分离技术对可溶性污染物去除效果不稳定，曝气生物滤池能形成独立除碳、硝化、反硝化单元，有效去除水中有机物和氨氮； 2种工艺组合能充分发挥各自优势，提高系统污染物去除率，改善水质。同时有研究表明，沸石处理20～30mg/L的中低浓度含氨氮水体时，经济性较好，而处理高浓度氨氮水体时，运行成本比生物法、沉淀法等要高。

结合目前已完成的类似项目和对现场情况的分析。本项目河道主要起行洪功能，常规的河道内原位处理处置工艺并不适用于本河道，且本实验项目周期短、工期紧，综合考虑确定沸石氨吸附处理工艺和氨氧化工程菌曝气滤池工艺。

本实验旨在通过以上两套工艺流程的对比实验，确定后期类似工况下河道水处理设备主要工艺选用及设计参数的确定。

2.2 实验装置工艺说明

2.2.1 沸石氨吸附处理工艺

跌水坝上游河水经提升泵至河水预处理过滤装置，各类悬浮物在此去除，以防止堵塞后续处理装置；过滤装置出水进入沸石氨吸附罐，在专用吸附剂的作用下，水中的氨氮转移至吸附剂表面。河水经过吸附处理后氨氮浓度大幅度降低排入跌水坝下游的河道中，随着河水的推流，氨氮浓度较低的水体不断向下游扩散，最终达到降低城南河主河道氨氮浓度的目的。

装置内吸附饱和的填料，在再生剂的作用下，吸附在填料表面的高浓度氨氮转移至再生液中，再生液浓度大幅度上升，吸附剂重新具有吸附容量，进入下一周期的吸附操作。

含有高浓度氨氮的再生剂，在强氧化剂的作用下，氨氮被分解为氮气，排入大气中。再生液在补充适量的药剂后，再次重复使用。

2.2.2 氨氧化工程菌曝气滤池工艺

经提升过滤处理后的河水进入氨氧化工程菌曝气滤池，在单独培养驯化的工程菌和高氧条件下，固定于载体的工程菌将水中的氨氮直接氧化为硝酸盐类物质，以此达到降低氨氮浓度的目的。经过曝气滤池处理后的河水，排入跌水坝下游河道，不断地对下游河水中的氨氮进行稀释。

由于本项目具有实验性质，在实施过程中，将对2种处理工艺进行综合比较，力求通过项目的实施，取得各类综合实验数据，为后续的大规模工程应用提供设计依据。

3 运行数据分析

2019年4月13日～5月12日运行期间，本项目沸石氨吸附处理工艺对氨氮的平均处理效率为96.62%，氨氧化工程菌曝气滤池工艺对氨氮的平均处理效率为91.34%。运行期间，氨吸附处理工艺出口氨氮的最大日均浓度值为0.55mg/L，氨氧化工程菌曝气滤池工艺出口氨氮的最大日均浓度值为1.96mg/L（4月16日出水数值），沸石氨吸附处理工艺运行结果符合设计要求，氨氧化工程菌曝气滤池工艺运行结果有一组符合设计要求。分析由于系统初运行，且前两日天进水氨氮值较高（12.37mg/L），对滤池内菌种造成冲击。所有监测结果均符合设计要求。

4 结论及原因

本次实验曝气生物滤池经调试后，在设计平均滤速为2.17m/h，氨氮负荷为0.3kg/m3·d，空床水力停留时间为1.2h的工况下，出水水质稳定达标。该设计参数满足《曝气生物滤池工程技术规程》（CECS265:2009）设计规范中“精处理曝气生物滤池”的硝化负荷范围下限值，滤速及空床水力停留时间均大于规范值。

分析原因：王舜和等认为，曝气生物滤池（BAF）属于活性污泥法和滤池的结合，因此负荷和滤速都是其重要的设计参数，在设计中应尽可能同时满足两参数的要求，结合本次实验分析，在曝气生物滤池设计中，空床水力停留时间也是BAF设计的重要参数之一，由于河道水本身污染物负荷较低，应适当延长空床水力停留时间，设计时应同时满足负荷、滤速、空床水力停留时间三个设计参数。

5 分析与展望

汪胜等人进行的中试实验结果表明:利用生物沸石作为滤料去除污染水源水中的氨氮、亚硝酸盐氮、CODmn、浊度、色度、铁和锰等在技术上是可行的。本次中试现场实验期间验证了沸石氨吸附工艺对河道低浓度氨氮的去除有较高的去除效果。但就综合性能与运行成本来看，推荐使用曝气生物滤池作为河道断面氨氮水质达标的处理工艺。

沸石吸附再生需要用到的氯化钠与强氧化剂，有残留入河的风险，实际运用中需注意避免。

曝气生物滤池在冬季运行时，处理效率因为气温等原因，效果会有影响，在实际工程应用中可结合沸石吸附工艺协同使用。

目前采用“截污控源+内源治理+生态修复”，多管齐下改善河道水质，恢复水体生态系统的治理思路得到共识，但难免存在由于老城区规划不完善、改造难度大、周期长等问题，可采用污水处理工艺设备进行体外处理，将受污染的水体经过处理设施达标后回灌河道，作为清洁水水源，且设计时可考虑在河道下游取水处理，达标后回灌至河道上游，使水体流动起来，真正做到“问渠哪得清如许，唯有源头清水来”。