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0引言

反硝化深床濾池作為新型的污水深度處理工藝,同時具有脫氮、去除濁度和除磷等復合型功能。該種濾池可以一池多用且性能穩定,目前已在國內多座城鎮污水處理廠的升級改造中得到應用[1-3]。陶粒濾料因其多孔疏松、具有較高的生物承載量和一定的強度,常作為曝氣生物濾池濾料。而目前市面上深床濾池多采用石英砂作為過濾層,其生物承載量較低,且布水布氣形式多采用濾磚,濾池形式單一。為了提供多種反硝化深床濾池工藝選擇,在水污染治理領域提供新的方向,本試驗以生物陶粒濾料作為填料,研究不同濾速下,濾板濾頭型、S型、T型濾磚布水布氣形式濾池的水處理效果。

1試驗裝置與方法

1.1試驗裝置

試驗裝置為3組相同尺寸的碳鋼材質濾池,單格尺寸為L×B×H=2.05m×1.22m×4.11m。3座濾池均填充粒徑為2~4mm的陶粒濾料,濾料層厚度為1.83m。承托層厚度0.38m。進水采用潛污泵壓力進水,各組濾池進水管上均配有電磁流量計和電動調節閥,確保3組濾池進水流量一致。濾池頂部配有超聲波液位計,出水管上設置電動調節閥,通過超聲波液位計與出水調節閥聯動控制,保持濾池處于恒液位運行,見圖1。試驗反洗采用的水泵為臥式離心泵,反洗風機為羅茨風機。濾池反洗和驅氮采用PLC程序自動控制。濾池外加碳源為乙酸鈉。

1.2試驗水質

本試驗以馬鞍山南部污水處理廠兩級生物濾池出水為原水,原水進水水質如表1所示。

1.3測定項目及方法

試驗中測定的項目包括COD、TN、DO、濁度等,其中DO使用手提式HQ30d測定儀測量,濁度采用2100型便攜式濁度儀測量。其余項目均按照標準方法進行分析[4]。

1.4試驗流程及運行參數

試驗分兩個階段,第一階段濾池設計濾速6m/h,空床停留時間18.27min。每天定時取進出水水樣檢測各指標。取樣時,若正在反洗或者正在驅氮,待反洗或者驅氮完成后30min再取樣。試驗持續24d。第一階段試驗結束后,提高進水泵流量,提高濾池濾速至8m/h,空床停留時間13.7min。試驗持續24d。兩組試驗均是在微生物掛膜成功后進行。試驗設置反洗水泵驅氮和氣水聯合反沖洗。驅氮周期為3~4h,定時驅氮。反洗周期根據PLC程序自動控制判別反洗。濾池反沖洗參數如下:先單獨氣洗5min,再氣水聯合反沖洗10min,最后水漂洗15min,水反沖強度為15m3/(m2?h),氣反沖強度為90m3/(m2?h)。驅氮水洗強度為15m3/(m2?h),持續2~3min。

2結果與分析

2.1不同布水布氣形式濾池對TN的去除效果

由圖2a可知,濾速6m/h條件下,濾池進水TN濃度范圍12~19mg/L,均值14.8mg/L。濾池2和濾池3出水TN濃度差距不大,范圍大概在3~11mg/L,均值分別為6.3mg/L和6.2mg/L。其TN去除率分別為57.8%和58.2%。濾池1出水濃度范圍2~8mg/L,均值4.3mg/L,TN去除率為70.7%。很顯然,濾池1的TN去除效果明顯優于濾池2和濾池3。由圖2b可知,濾速8m/h條件下,濾池進水TN濃度范圍10~20mg/L,均值為14.1mg/L。濾池2和濾池3出水TN濃度相近,其濃度范圍均在5~10mg/L,均值分別為6.4mg/L和6.5mg/L,TN去除率分別為54.8%和53.6%。濾池1出水濃度范圍3~8mg/L,均值4.6mg/L,TN去除率為67.7%。同樣的,濾池1的TN去除效果明顯優于濾池2和濾池3。試驗數據表明,無論是濾速6m/h還是濾速8m/h條件下,濾池1去除TN效果明顯優于濾池2和濾池3,分析認為:濾池1采用的是濾板濾頭布水布氣形式,濾池2和濾池3分別采用的是S型濾磚和T型濾磚布水布氣形式。試驗運行期間可知,反洗時,濾池1的布水布氣效果更均勻,效果更理想,見圖3a。因此,相較于濾池2和濾池3,濾池1反洗更徹底,濾料表面老化的生物膜更容易脫落,隨反洗廢水排走,濾料表面附著的生物膜新陳代謝更旺盛,從而提高了生物膜的活性和對TN等有機物的氧化降解能力[5]。相比之下,濾速為6m/h工況下,各濾池中TN去除率略高于濾速8m/h工況。這是由于,較高的濾速導致進水停留時間變短,濾料表面的反硝化菌生物量相對較少,不利于短時間內從進水中獲取碳源,進而導致總氮的去除量降低[6]。從圖3可知,上述兩種工況下,各濾池的出水TN濃度均穩定低于10mg/L。表明,在深度處理段,以生物陶粒濾料作為填料時,深床濾池在較高濾速時(如速率8m/h),出水TN濃度遠高于準Ⅳ類標準。這是由于生物陶粒濾料表面粗糙,比表面積達6.8×104cm2/g,易于掛膜;形狀規則,運行中對氣泡的剪切效果好;堆積密度小,強度高,耐沖洗,生物掛膜性能明顯高于石英砂。

2.2不同布水布氣形式濾池對CODcr的去除效果

由圖4a可以看出,濾速6m/h條件下,濾池進水CODcr濃度范圍40~85mg/L,均值61.5mg/L。濾池2和濾池3出水COD濃度差距較小,二者COD濃度范圍均在15~30mg/L。濾池1出水濃度范圍10~28mg/L。與TN去除效果規律保持一致。由圖4b可以看出,濾速8m/h條件下,濾池進水COD濃度范圍40~85mg/L,均值65mg/L。濾池2和濾池3出水COD濃度差距不大,二者COD濃度范圍均在15~30mg/L。濾池1出水濃度范圍10~28mg/L。與TN去除效果規律保持一致。這是由于:①濾池為恒液位運行,各濾池受跌水充氧影響差異不大,根據濾池進水DO濃度檢測也能驗證這一點;②反硝化菌是兼性異養菌,在無分子態氧情況下,反硝化菌利用硝酸鹽和亞硝酸鹽作為電子受體,有機物作為碳源及電子供體提供能量并得到氧化穩定[5]。本試驗原水為廠區深度處理段進水,原水中C/N比小于4∶1,不利于反硝化菌作用,故濾池進水外加了碳源。濾池1中TN去除效果優于濾池2和濾池3中TN去除效果,說明濾池1中有機物消耗多,故出水中COD濃度略低于濾池2和濾池3出水。從圖4可知,上述兩種工況下,各濾池的出水COD濃度均穩定低于30mg/L。表明深度處理段,采用陶粒濾料的深床濾池在較高濾速時(如速率8m/h),出水COD濃度優于準Ⅳ類標準。綜上,在選用生物陶粒濾料作為填料時,可適當提高深床濾池的濾速,既滿足出水要求,又降低投資成本。

2.3不同布水布氣形式濾池對濁度的去除效果

濾速對濾池進水濁度和出水濁度變化如圖5所示。當濾速為6m/h時(見圖5a),濾池進水濁度均值為1.71NTU,3座濾池出水濁度均值分別為0.81、0.81、0.79NTU,去除率分別為52%、52%、53%。當濾速為8m/h時(圖5b),濾池進水濁度均值為1.60NTU,3座濾池出水濁度均值分別為0.71、0.76、0.76NTU,去除率分別為55%、53%、52%,這與濾速為6m/h條件下的處理效果相似。徑以及濾料層厚度影響,濾速的提高對濾池濁度去除率影響較小。且根據試驗結論,在深度處理段,反硝化深床陶粒濾池能夠有效去除來水中的濁度,可做為SS、濁度達標的保障措施。

2.4不同濾速下對反洗周期的影響

表2顯示了濾池在不同濾速下的反洗周期。試驗選取了濾池1作為研究對象,驗證了不驅氮情況下,對濾池反洗周期的影響。從表中可以看出,當濾速為6m/h時,不驅氮情況下,濾池反洗周期約為17h;當濾速為8m/h時,不驅氮情況下,濾池反洗周期約為14h。而當濾池驅氮,且驅氮周期為4h時,則濾池在不同濾速情況下,反洗周期分別延長至36~40h和24~30h。試驗結果表明:①濾池驅氮,對濾池反洗周期影響明顯,說明濾池驅氮是濾池運行周期內不可或缺的一環;②提高濾池濾速,濾池所截留的懸浮物以及反硝化產生的氣泡量增加,濾池堵塞加快,能快速縮短濾池反洗周期。

3結論與展望

(1)濾板濾頭型布水布氣形式反硝化深床陶粒濾池TN去除效果優于S型和T型濾磚布水布氣形式。說明濾池反洗效果與濾池TN去除有直接聯系,濾池反洗效果越好,濾料表面生物膜代謝越旺盛,生物膜活性越強。(2)各濾池的出水TN濃度均穩定低于10mg/L,出水CODcr濃度均穩定低于30mg/L。在深度處理段,以生物陶粒濾料作為填料時,深床濾池在較高濾速時(如速率8m/h),出水各指標接近《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)Ⅳ類標準。(3)濾池的濁度去除率主要受到濾料粒徑以及濾料層厚度影響,濾速的提高對濾池濁度去除率影響較小。(4)濾池驅氮,對濾池反洗周期影響明顯,且提高濾速,能快速縮短濾池反洗周期。(5)以生物陶粒濾料為填料的濾板濾頭布水布氣形式反硝化深床濾池用于污水處理廠深度處理的可行性和優越性,為污水廠的升級改造提供多種反硝化工藝選擇,為嚴峻的水污染治理領域提供了新的方向。

作者:程曉玲 孫云東 韋玲 毛晟安 夏詩倩 單位:安徽華騏環保科技股份有限公司