连续流砂反硝化过滤器在污水深度处理中的应用

Posted 2023-01-12 碳源

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采用连续流砂反硝化过滤器对某污水处理厂的二沉池出水进行反硝化脱氮中试，并分别选用乙酸、乙酸钠、乙醇作为反硝化的补充碳源，考察了该过滤器的脱氮效果及其抗负荷冲击能力。结果显示，系统在投加不同碳源、负荷发生较大变化的情况下，都能较好地去除原水中的硝态氮，但从安全性及经济性等方面考虑，最终采用乙酸钠作为补充碳源；系统在停止运行几天、重新启动后只需4.5h便可恢复到正常运行状态。可见，连续流砂反硝化过滤系统可用于市政污水深度处理中的脱氮，并能保证出水水质达标排放。
自连续流砂过滤技术在市政污水处理厂得到广泛应用之后，从20世纪90年代开始又以该技术为核心开发出了具有硝化功能的连续流砂生物过滤器以及具有反硝化功能的连续流砂反硝化过滤器，这些具有生物脱氮功能的连续流砂反硝化过滤系统在欧洲等国家的很多污水处理厂已成功运行多年。在国内，处理规模为5×104m3/d的连续流砂反硝化过滤系统在太湖流域某城市污水处理厂四期的深度处理中已得到应用，该厂作为环太湖流域一座比较重要的市政污水处理厂，近年来一直在寻求先进的技术以提高对氮、磷的去除效果。笔者等于2009年5月—7月在该污水厂进行了几个月的连续流砂反硝化过滤中试，取得了较好的效果。
1 中试装置及方法
1.1 中试装置
中试采用连续流砂反硝化过滤器(见图1)，过滤器的材质为SS304，附属设备及装置包括PAC加药系统、空压机、潜水提升泵、空气控制柜、电控柜、碳源投加系统、流量计。

1.2 工艺流程
工艺流程见图2。

中试进水为污水处理厂二沉池出水，通过提升泵将原水提升至连续流砂反硝化过滤器，采用连续进、出水方式。在原水中投加少量絮凝剂，经管道混合器混合后进入连续流砂反硝化过滤器。
1.3 原水水质及设备运行参数
二沉池出水水质如下：COD为14.8～48mg/L、SS为7～12mg/L、BOD5为4.32～6.78mg/L、TN为9.68～19.8mg/L、TP为0.158～0.418mg/L、pH值为6.9～7.2。该污水处理厂出水的大部分指标都已达到国家一级A排放标准，但出水TN和SS时有超标，连续流砂反硝化过滤器对SS有较高的去除率，这已得到众多工程应用实例的验证，故中试主要验证连续流砂反硝化过滤器对硝态氮的去除效果。设备运行参数：处理水量为4～10m3/h、滤速为5.7～14.3m/h、进入提砂泵的空气压力为0.4～0.5MPa、清洗水流量为总进水量的1%～3%；滤料采用直径为1.2～2.0mm的优质石英砂，其装填量为2.5t。
1.4 分析方法
总氮：碱性过硫酸钾消解—紫外分光光度法；COD：重铬酸钾法；DO、pH值：HACH156便携式溶氧仪。
2 结果与分析
2.1 对TN的去除效果
试验期间污水处理厂二沉池出水的TN含量在9.68～19.8mg/L之间波动，中试的目的是使过滤器出水TN<10mg/L，在试验中投加的碳源主要是乙酸和乙酸钠，最后阶段还投加了乙醇以考察改变碳源种类对系统的冲击与影响。经过一段时间的运行及连续取样检测发现，连续流砂反硝化过滤器对TN的去除率明显提高，出水TN<10mg/L，达到了中试目的。
2.2 碳源投加量对出水TN的影响
反硝化菌为异养菌，在污水深度处理阶段，由于污水中大部分可被反硝化菌利用的有机物已在前面的一级物理处理和二级生化处理阶段被去除，进入反硝化过滤器的原水中有机物含量较低，因而需要投加碳源以满足反硝化过程对有机物的需求。通常投加的碳源为甲醇、乙醇、乙酸及乙酸钠等。中试分别采用乙酸、乙酸钠及乙醇作为补充碳源，将不同碳源的投加量折算为乙酸的投加量，考察碳源投加量对去除TN的影响，结果见图3。

由图3可以看出，确定合适的碳源投加量不仅可保证出水TN值满足要求，同时也可避免碳源的过量投加，节省运行成本，此外也可避免过量投加碳源而导致出水COD及BOD5值超标。
2.3 进水流量变化对反硝化系统的影响
在污水处理厂的运行中流量会经常发生变化，为了验证连续流砂反硝化过滤器在不同滤速下对TN的去除效果，中试期间对系统的进水流量进行了调整，滤速从8.6m/h增加到14.3m/h，在不改变碳源投加量的情况下，出水TN浓度一直满足要求(见图4)。可见，连续流砂反硝化过滤器对进水流量具有较强的耐冲击能力，是一种具有较高性价比的污水深度处理脱氮工艺。

2.4 系统重新启动所需时间
在实际运行中，某种原因有可能导致系统停机，使得系统短时间内无法正常运行。因此，中试研究了连续流砂反硝化过滤器在短时间停运、重新启动后恢复正常所需要的时间。
在6月19日下午至6月25日早8：00之间系统停止投加碳源，这段时间检测发现出水TN在10mg/L以上；从6月25日早8：00开始重新投加碳源，经过4.5h的运行后，取滤后水进行检测，发现出水总氮含量降到了10mg/L以下，这说明系统在停止运行几天、重新启动后只需4.5h便可恢复到正常运行状态。
3 结论
通过现场中试验证了连续流砂反硝化过滤器进行反硝化脱氮的可行性，系统在投加不同碳源、负荷发生较大变化的情况下，都能较好地去除原水中的硝态氮，且系统在停止运行几天、重新启动后只需4.5h便可恢复到正常运行状态。连续流反硝化砂滤系统可用于市政污水深度处理中的脱氮，并能保证出水水质满足排放要求。