反硝化深床滤池在污水厂提标改造工程中的运行分析_吴绍国.pdf

表 1改造工程设计出水水质反硝化深床滤池在污水厂提标改造工程中的运行分析吴绍国（珠海市城市排水有限公司，广东珠海519000）摘要：在执行更严格的 TN 排放标准的工艺设备中，反硝化深床滤池获得了水处理行业的认可。针对珠海市某污水处理厂提标改造工程，通过中试实验，验证了改造后全工艺的运行处理能力，以及进水为高浓度氨氮模拟废水时，反硝化深床滤池出水的稳定性，并详述了实际工程中该工艺工程的设计参数及系统运行效果，为反硝化深床滤池在提标改造工程的应用提供参考。关键词：反硝化深床滤池提标改造工程污水处理脱氮中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：1004-7050（2022）09-0147-04根据 水污染防治行动计划（简称“水十条”）关于全面控制污染物排放的要求，各地污水处理厂陆续进行提标和改扩建工程来实现污水减排的目标，其中，出水总氮（TN）是提标改造的难点之一1。在执行更严格的 TN 排放标准的工艺设备中2-3，反硝化深床滤池获得了水处理行业的认可4。反硝化深床滤池具有占地面积小、有较好的过滤性能和脱氮效果以及工程投资费用少等特点5，成为了目前城镇污水深度处理工艺的研究和应用重点。但是关于如何合理有效地将反硝化深床滤池应用于提标改造工程方面的研究报道较少。本文以珠海市某污水厂提标改造工程为例，分析了反硝化深床滤池从中试试验到实际运行的效果，为同类提标改造工程提供技术参考。1项目概况及工艺流程1.1项目概况珠海市某污水处理厂于 2011 年 8 月投产运行，一期设计处理规模为 3.5 万 m3/d，设计采用的主要处理工艺为“CASS 池+转盘滤池”，设计出水达到 城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 189182002）一级B 标准。污水收集范围为工业园内经工厂处理后的工业废水和园区周边少量生活污水，其中工业废水量约占总水量 60%，由于服务范围内的工业企业存在超标排放现象，导致进水水质波动大，该污水厂常年处于水质超负荷运行状态，处理工艺出水不能稳定达到设计出水水质要求。2018 年启动提标改造工程，处理规模不变，出水指标由 城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 189182002）一级 B 标准提高至一级 A 标准及广东省地方标准水污染物排放限值（DB 44/262001）的较严值，主要设计出水水质排放指标如表 1 所示。收稿日期：2022-05-18作者简介：吴绍国，男，1981 年出生，毕业于湖南农业大学，本科，生态环境工程师，从事污（废）水处理技术和运营等相关工作。总第 205 期2022 年第 9 期山西化工Shanxi Chemical IndustryTotal 205No.9，2022DOI:10.16525/14-1109/tq.2022.09.060环境保护项目（SS）/（mg L-1）CODcr/（mg L-1）BOD5/（mg L-1）（TN）/（mg L-1）（NH3-N）/（mg L-1）（TP）/（mg L-1）大肠菌群/（CFU 100 mL-1）（总铜）/（mg L-1）（总镍）/（mg L-1）（六价铬）/（mg L-1）标准限值104010155（8）0.51 0000.50.050.051.2改造后工艺流程根据水质监测记录，高浓度废水负荷对该污水厂进水水质带来的冲击较大，并考虑到原水中非溶解性污染物浓度较高，因此设置强化预处理措施，即在CASS 池前增加调节池、磁混凝沉淀池、水解池。原有生物池处理能力不能满足出水水质要求且由于用地红线限制，新增池容困难，考虑在生物好氧池中投加悬浮填料，提高系统的硝化稳定性和相关的反硝化能力。二级强化处理出水 NH3-N 及 TN 仍不能稳定达到一级 A 标准，考虑增加生物深度处理反硝化处理单元，并在处理构筑物前补充必要的外加碳源，确保NH3-N 及 TN 稳定达标。本次提标改造工程完整的工艺流程：原污水粗格栅进水泵房（现状）细格栅间曝气沉砂池（现状）均质调节池（新建）磁混凝高效沉淀池（新建）水解池（新建）水解池（现状）CASS 池（改造投加填料）提升泵房（新建）深床滤池（新建）转盘滤池（现状）消毒（改造）巴氏计量槽（现状）出水。2中试全流程试验及结果分析2.1试验工艺流程中试试验目的在于考察在目前实际进水水质及模拟高氨氮和总氮进水水质条件下，全流程工艺对现有水质及高浓度氨氮和总氮模拟废水的运行处理能力以及实际出水水质，考察系统的出水达标率。中试试验规模 100m3/d，反硝化深床滤池（100m3/d）直接采用成套设备，调节池、CASS 池等构筑物现场制作。各主体构筑物、设备的规格及运行参数如下：2.1.1调节池设计停留时间 9 h，规模 240 m3/d，有效水深 3 m，山西化工第 42 卷图 4中试全流程系统进出水 TN 图908580757065605550454035302520151050（TN）/（mg L-1）04-2405-0105-0805-1505-2205-2906-0506-1206-1906-2607-0307-1007-1707-2407-3108-0708-1408-2108-28日期调节池出水进水沉淀出水CASS 出水反硝化出水图 3中试全流程系统进出水 NH3-N 图50454035302520151050（NH3-N）/（mg L-1）调节池出水进水沉淀出水CASS 出水反硝化出水04-2405-0105-0805-1505-2205-2906-0506-1206-1906-2607-0307-1007-1707-2407-3108-0708-1408-2108-28日期图 2中试全流程系统进出水 TP 图14131211109876543210（TP）/（mg L-1）调节池出水进水沉淀出水CASS 出水反硝化出水05-2905-0506-1206-1906-2607-0307-1007-1707-2407-3108-0708-1408-2108-28日期净空尺寸 6.2 m5.2 m，超高 0.3 m，调节池有效容积97 m3。对角设置 2 台推流器。2.1.2CASS 池1 座 CASS 池设置为 2 格，设计规模 100 m3/d，设计停留时间 18 h，单格容积 42.24 m3，有效水深取 3 m，超高 0.3 m，单格尺寸（BLH）为 3.2 m4.4 m3.3 m，滗水深度约 0.65 m0.95 m。CASS 池每周期运行时间为 4 h 和 6 h，4 h 时曝气 2.5 h、沉淀 1 h、排水 0.5 h，6 h 时曝气 4 h、沉淀 1 h、排水 1 h。后期根据实际情况相应调整。采用曝气鼓风机，池底布设穿孔曝气管，鼓风机选用 2 台 0.92 m3/min，34.3 kPa 罗茨风机，气水比 51101。出水方式采用管道出水，排水管上设置阀门。1#池填料投配率：填料量约为池体体积的20%，2#池不投加填料。填料为 25 mm12 mmMBBR 活性生物悬浮填料，材质为 HDPE，有效表面积大于 500 m2/m3，相对密度为 0.960.98，孔隙率大于 90%，使用寿命大于 15 年。碳源投加量为 0（注：现状水质下 CASS 池出水（TN）基本在 15 mg/L 左右，为了考察后续反硝化深床滤池脱氮效率，此处碳源未投加）；PAC 投加量为0；碱度碳酸钠投加量为 0，后期在氨氮高负荷时根据实际需要投加。2.1.3出水池净空尺寸（BLH）为 5 m5 m2.9 m，有效水深 2.6 m，超高 0.3 m，有效容积 65 m3。2.1.4反硝化深床滤池（试验车）设计流量 100 m3/d。单滤柱直径=413 mm，高度H=6 030 mm，有效过滤面积 0.168 m2，滤料层高度1.83 m，1.5 mm3.0 mm 石英砂。2 座并联，水力负荷4 m3/m2 h8 m3/m2 h，空床停留时间 15 min30 min。反冲洗周期24h48h。乙酸（99%）投加量为 20mg/L80 mg/L，根据进水 TN 确定，一般比例为 51。2.2试验结果分析2.2.1中试全流程进出水水质中试全流程试验于 2018 年 4 月 23 日开始运行，8 月 31 号结束。按照工艺流程顺序对进水、调节池出水、CASS 池出水和反硝化深床滤池出水每 10 d 取样一次，并检测出水 COD、SS、TP、NH3-N、TP 这 5 个主要水质指标。试验阶段的各主要污染物进出水数据如图 1 图 4 所示。由图 1 可知，进厂原水的 COD 值在 4 月底至 5 月底较高，这是由于这期间污水厂在进行滗水器更换，生物池轮流排空，大部分污泥与进水混合，导致中试系统的进水 COD 大幅飙升，后期在试验稳定运行阶段，进水 COD 值基本保持在 108 mg/L 左右，经过调节池调节后，COD 高峰值有了一定程度的降低。从4 个月的累积进水平均值来看，污水厂的进水 COD变化较大，主要是和进水 SS 相关，SS 较高时对应的COD 值较高，但是其中可溶解性 COD 基本比较稳定，基本保持在 37 mg/L 的情况，可见原水中溶解性 COD的浓度并不高，大部分污染物是非溶解态 COD。原水经过调节池后的混合水样，COD 测定还略有升高的现象，主要是部分污泥、SS 在调节池内累积。经过 CASS池处理之后，出水 COD 基本在 32 mg/L33 mg/L，去除率基本保持在 10.73%13.28%。深床滤池出水图 1中试全流程系统进出水 COD 图500450400350300250200150100500COD/（mg L-1）调节池出水进水沉淀出水CASS 出水反硝化出水04-2305-0305-1306-0206-1206-2207-0207-1207-2208-0108-1108-2208-31日期1482022 年第 9 期图 5系统对 NH3-N 的去除效果图80757065605550454035302520151050（NH3-N）/（mg L-1）08-2909-0509-1209-1909-2610-0310-1010-1710-2410-31日期进水CASS 1#CASS 2#反硝化 1#反硝化 2#图 6系统对 TN 的去除效果图908580757065605550454035302520151050（NH3-N）/（mg L-1）08-2909-0509-1209-1909-2610-0310-1010-1710-2410-31日期进水CASS 1#CASS 2#反硝化 1#反硝化 2#COD 基本在 18 mg/L 左右，可能其中一部分 COD 表现为 SS，还有部分 COD 在深床滤池前段的好氧环境中得到了少部分降解。由图 2 可知，进水 TP 的变化范围较大，高峰值能到 12.80 mg/L，低值能到 0.92 mg/L，大部分质量浓度分布在 3 mg/L5 mg/L。经过调节池之后能大幅降低进水 TP 质量浓度。TP 的去除规律与 SS 去除类似，深床滤池的去除效率较高，CASS 池出水由于进水 COD浓度低，排泥量很少，对磷几乎没有去除能力，同时由于污泥沉降性能稍差，导致出水 TP 中混有部分污泥而导致 TP 质量浓度有微弱的上升，基本保持在1.3 mg/L1.5 mg/L左右，而后续的深床滤池由于对SS 等悬浮物有很好的去除作用，因此，出水的 （TP）也保持在较低值，在 0.10 mg/L0.12 mg/L之间，能满足现在更加严格的某些地方标准排放限值（0.3 mg/L）。由图 3 和图 4 可知，TN 的进水平均质量浓度在 26.54 mg/L28.65 mg/L，（NH3-N）在 12.88 mg/L15.12 mg/L 变动，在 TN 及 NH3-N 进水质量浓度较低的情况下，为了考察反硝化深床滤池的脱氮效果，没有在 CASS 缺氧区投加反硝化碳源，导致 CASS 出水的 TN 质量浓度在 15.53 mg/L15.75 mg/L 变动，没有达到出水水质标准。因此，在实际进