基于BO-BF技术的零碳源投加污水脱氮效果研究

2023-02-15杨宜笑

水利技术监督 2023年1期

于遥，杨宜笑

(深圳市朗坤生物科技有限公司，广东深圳 518000)

1 概述

由于氮素污染物的超标排放，近年来水体富营养化问题愈发严重，对自然环境和动植物生存都构成了较大的威胁，高效脱氮已经成为污水达标处理的关键任务。然而，当污水中有机碳源不足时，反硝化过程将因为缺少有机碳源而不能顺利进行，导致最终的生物脱氮效率大幅降低。目前，污水处理厂面临的一个重大挑战是如何经济有效地从低碳源污水中强化脱氮，以满足日益严格的排放质量标准。

针对因低碳源现象导致的污水脱氮效率低的问题，目前已研发出一系列的解决方法。朱磊等针对低碳源条件带来的脱氮效率不高的问题，研究了微米零价铁粉对人工快渗系统脱氮性能的强化效果，结果表明当铁砂体积比为1∶10、湿干比为1∶3、C/N比为4∶1时，TN的出水含量为25.8mg/L，TN去除率比未投加微米零价铁粉的人工快渗系统提高了17.8%。

本研究将构建基于生物接触氧化(Bio-contact oxidation pond，BO)和生物砂滤(Bio-sand filter，BF)技术的联合系统，在不投加任何外碳源的情况下启动反应器，考察其对污水中氮素污染物的去除效果并解析其作用机制，以期为零碳源投加时的污水高效低耗脱氮提供新的技术方法。

2 材料与方法

2.1 系统结构设置

BO-BF系统是采用有机玻璃材料制成的柱体结构，有效高度为150cm，内部直径为25cm，具体结构如图1所示。主体结构包括BO池(高80cm)和BF池(高40cm)，2池之间通过穿孔隔板分开，隔板上方设有碎石区I，碎石区I上、下方各垫有2层滤布；BF池上方设有碎石区II，碎石区I和碎石区II高均为5cm，均填充粒径为0.5～1cm的碎石，碎石区II上方设有气液分离区(高20cm，不进行填充)。BO池左侧下方设有进水口和进水阀，底部设有排泥口和排泥阀，内部填充有悬浮固体浓度为4000mg/L左右的厌氧氨氧化污泥和粒径为0.3～0.5cm的自制生物炭球(将羊粪生物炭粉、黏土粉、碳酸氢钠、硅酸钠按照质量比15∶10∶1∶1混合，加入适量去离子水搅拌均匀后，放入制球机中制成湿润的生物炭球，烘干后再放进马弗炉膛内，采用20℃/min的升温速率加热到600℃并维持2h，结束后冷却保存)，其填充比为40%；BF池内填充有粒径为0.2～0.5mm的河砂，河砂在填充前采用厌氧氨氧化污泥和反硝化污泥的混合污泥进行接种，2种污泥的悬浮固体浓度比为3∶1。排气口和排水口分别位于气液分离区上方和右侧中部。

图1 BO-BF系统结构示意图

2.2 进水条件

2.3 操作条件

2.4 分析方法

3 结果与讨论

3.1 氮出水浓度变化

不同水力负荷下BO-BF系统的出水“三氮”质量浓度变化情况如图2所示。

图2 氮素污染物的出水浓度变化

由图2可知，当进水水力负荷为0.5m/d时，随着运行时间的延长，出水“三氮”浓度逐渐下降，运行到第13d时出水水质基本趋于稳定，“三氮”的出水浓度均值分别为1.1、1.1、0.5mg/L，处于较低水平，可见该水力负荷条件下BO-BF系统去除污水中的氮素污染物的效率较高。此时，提升水力负荷到0.8m/d，由于进水中氮素污染物的总量突增，BO-BF系统未能迅速响应而导致出水“三氮”浓度均有所升高，但是随着运行时间的增长，系统逐渐适应该水力负荷条件，运行到第28d时趋于稳定，稳定运行期间“三氮”的出水浓度均值分别为1.6、1.1、1.8mg/L，浓度总和相比水力负荷为0.5m/d时有所增大。此后进一步提高水力负荷分别到1.0、1.2、1.5m/d，BO-BF系统分别在运行至第46、70、95d时近于平稳，稳定工作时期，水力负荷为1.2m/d时的“三氮”出水浓度均值依次为2.4、2.7、1.4mg/L，对应的TN出水含量仅为6.5mg/L，可见其依然有着较好的脱氮效果。但是，当水力负荷增大到1.5m/d时，出水“三氮”的浓度均明显升高，均值分别达到了8.6、8.5、2.2mg/L，较难满足排放标准的要求。综合考虑去除效率和处理水量的大小，选择水力负荷为1.2m/d作为BO-BF系统的适宜进水条件，通过70d的梯度驯化，可实现在零碳源投加下污水中“三氮”的有效去除，出水浓度得到了大幅降低。