传统均粒砂滤池深度处理用于污水处理提标改造示范研究.doc

传统均粒砂滤池深度处理用于污水处理提标改造示范研究张怀宇 李树苑 陈才高 张小平 李跃增 朱建国 何飞 付乐（中国市政工程中南设计研究总院）摘要：传统均粒砂滤池具有成熟、运行可靠、造价低廉的优点。用于污水深度处理可有效解决南方城市低C/N比、低C/P比水质的脱氮除磷。通过生产性试验表明，依靠滤料的物理截留作用和滤料表面的生物膜，可实现除磷和补充碳源条件下的反硝化脱氮，具有直接过滤、微絮凝过滤除磷、补充碳源反硝化脱氮等不同的运行方式，可经济有效适用于不同的水质条件，实现污水处理提标改造的目标。关键词：均粒滤池；生物滤池；微絮凝过滤；补充碳源反硝化脱氮；直接过滤；污水处理；提标改造水体富营养化会导致水环境质量日益恶化,对地表水体的生态系统及环境卫生方面造成严重影响。目前我国的水体污染中氮、磷已经逐渐上升为主要污染物，而且大部分南方城市的污水中COD值偏低，相对C/N、C/P较低，对脱氮除磷不利。所以，开发出一种高效节能又适合城市污水中碳源不足的脱氮除磷处理技术，具有非常现实的意义。生物滤池中生物浓度高、菌群结构合理、耐冲击能力强、受气温影响小、污泥停留时间长、占地省、运行操作简单等特点决定了它比一般的生物处理工艺更有优势1。滤池用于除磷时，又因其良好的絮凝和截留作用而使得除磷效果良好。某污水处理厂设计规模10万m3/d，现状二级处理出水达到一级B标准，为保护排放水体，拟进行提标改造，要求在必要时，可达到出水总氮10mg/L、总磷0.3mg/L的指标。为此在模型试验的基础上采用深度脱氮除磷工艺进行提标改造，并在一期建设规模2万m3/d的设施进行试验。1. 方法与装置1.1 原水水质与试剂试验于2007年12月至2008年4月进行。进水为某污水处理厂二沉池出水，试验期间二沉池出水（平均值）BOD5为16.25mg/L，CODcr为55.35mg/L，SS值为8.45mg/L，总氮为11.20mg/L，总磷为0.35mg.L，氨氮为0.29mg/L。聚合硫酸铁为含铁15%的液态工业成品，密度1.45g/ml。甲醇为95%的工业纯成品。1. 装置试验装置规模2万m3/d。现有的二级处理(二沉池)出水经提升泵房提升后，投加药剂，采用静态混合器混合，然后进入一体化的脱氮除磷滤池，进行外加碳源脱氮强化处理和化学除磷处理2。示范工程主要工艺参数如下：混合： G=500s-1；滤池： 均粒石英砂滤料滤池，滤速6.34m/h，气水联合反冲洗；单格滤池的面积为7.3m7.55m，共三格。1.3 分析项目和方法COD：重铬酸钾法3，TN：紫外分光光度法，NO3-N：紫外分光光度法，NO2-N：N-(1-萘基)-乙二氨光度法，NH3-N：钠氏试剂光度法，DO、温度：YSI便携式溶解氧测量仪，pH：pH计，TP：过硫酸钾消解-分光光度法。采样频率为1次/d。2. 结果与分析2.1 直接过滤二沉池出水提升后，不添加任何药剂，直接经均粒石英砂气水反冲洗滤池处理后排放。试验结果如0所示。表1 深度处理直接过滤试验结果项 目进水出水去除率(%)范围均值范围均值范围均值CODCr(mg/l)22493916393011.436.723.1BOD5(mg/l)142017232.578.690.084.3TP(mg/l)0.170.810.450.120.490.305.969.630.0TN(mg/l)10.3617.6914.1010.0315.5813.250.319.65.8SS(mg/l)64613.53274.136.493.564.2浊度3.14.63.80.81.71.351.178.066.7pH7.207.587.377.197.657.42-由试验结果可知，直接过滤能有效去除悬浮物，出水SS平均值为4.1mg/l，平均去除率为 64.2%；对有机物、TP由一定的去除效果；对TN的去除率略低，平均去除率5.8%，但在峰值时削峰效果显著，出水水质稳定。当滤池进水SS浓度在646mg/l范围内波动时，出水SS均能稳定达到一级A标的要求。TP的去除效果不稳定，这可能与滤池进水中悬浮性TP含量有关，要使出水稳定达到0.3mg/l的要求，需另加除磷药剂。直接过滤TN的去除效果较差，去除率的变化范围为10.03%15.58%，出水TN浓度均不能达到10mg/l的要求。进一步试验研究了主要污染物在滤层中的逐层削减规律。COD、TN、TP、SS、浊度等的削减率曲线类似运行周期末的水头损失曲线，在滤层起始段获得最大量的削减，以浊度最为敏感；TN的削减接近线性，起始段削减率的切线更接近于水平线；0.8m滤层以下，SS、TP、浊度基本无削减，而COD、TN持续下降。图1 直接过滤分层污染物削减曲线以上数据表明，SS、TP、浊度等的削减是典型的颗粒物质在滤池中截留形成的；TN的削减和上述三类物质的削减规律不同，是生化作用形成的，在直接过滤的运行中，滤层中存在少量的分布较为均匀的生物膜，在缺氧条件下形成了反硝化脱氮作用；COD的削减是物化截留和生化反应的综合作用形成的。2.2 微絮凝除磷过滤二沉池出水提升后，投加聚合硫酸铁，管式混合器混合后经均粒石英砂气水反冲洗滤池处理后排放。聚合硫酸铁投加量为10mg/L（以Fe计）。试验结果如0所示。表 深度处理微絮凝过滤试验结果项 目进水出水去除率(%)范围均值范围均值范围均值CODCr(mg/l)103723.5535205.45027.7TP(mg/l)0.170.270.210.060.120.0952.968.459.0TN(mg/l)11.113.812.411.013.312.11.03.32.3SS(mg/l)81210121.57591.783.3浊度5.195.295.241.471.571.5270.371.771pH7.137.167.146.966.986.97-由试验结果可知，投加铁盐能有效提高TP的去除效果，出水能稳定达到0.3mg/l的要求，与直接过滤相比，平均去除率提高了29%；对SS的去除效果也有一定程度的提高，出水SS浓度更低，平均去除率提高了19.1%，这表明投加铁盐同时起到了除磷和混凝除浊的作用。投加铁盐对有机物和TN的去除效果没有明显的改善。浊度、TP、SS、COD等污染物的削减率较高，且污染物的削减主要集中在滤层表层，呈现典型的颗粒物质截留的特征；而TN的削减率较低，削减率仅2.3%，低于直接过滤，表明投加10mgFe/L对生物膜有破坏作用。2.3 补充碳源反硝化脱氮过滤二沉池出水提升后，投加甲醇，管式混合器混合后经均粒石英砂气水反冲洗滤池处理后排放。甲醇投加量为30mg/L。试验结果如0所示。试验运行因故多次中断，可能对滤池中生物膜有不利影响，因而影响了脱氮效果。表3 深度处理示范工程补充碳源反硝化脱氮试验结果项 目进水出水去除率(%)范围均值范围均值范围均值CODCr(mg/l)64129.36610290TN(mg/l)8.6711.329.666.548.007.42114221NO3-N(mg/l)2.593.863.321.273.952.885117TP(mg/l)0.751.971.180.481.550.87213629SS(mg/l)6.014.08.72.04.03.0507163浊度(NTU)3.956.214.931.172.221.62647068pH7.177.367.247.237.357.28由表可见，TN去除效果良好，不超过8mg/L，平均削减量2.24mg/L。出水中的COD有所上升，表明生物膜培养尚未完成，因而需要更长的稳定运行时间才能获得较高的TN削减率。生物膜培养完成后，可望有更好的处理效果。TP、浊度、SS的削减并无显著的相关性，表明这些污染物的去除过程生化作用不明显；COD在后期和TN的削减率曲线趋势一致，生物膜培养成熟后的COD削减率显著高于整个周期中的削减率，这表明COD的削减是物化截留作用和生化反应共同作用的结果。3. 结论(1) 本研究基于南方地区某污水处理厂2007年12月至2008年4月期间较低温季节2万m3/d规模的生产试验的实测数据，具有良好的代表性，可用于指导传统二级处理污水处理厂的提标改造。(2) 传统均粒砂滤池用于二级处理污水处理厂的提标改造，在二级处理尾水达到一级B标准的基础上，可实现一级A标准乃至TN10mg/L、TP0.3mg/L的目标。三种不同的运行工况使其具有广泛的适用性。(3) 不投加任何药剂的均粒砂滤池直接过滤可有效去除污水厂二级出水的悬浮性物质和浊度，并对COD、BOD、TP有较好的去除效果，对TN有一定的去除率，适用于SS超标或COD、TN、TP少量超标的情况。COD、SS、TP主要依靠滤料的截留作用；而TN的削减则在缺氧条件下、通过滤料表面的生物膜的反硝化作用实现了脱除，并同时去除了部分BOD。(4) 均粒石英砂滤料滤池前投加除磷药剂微絮凝过滤可提高TP的去除率，平均值低至0.09mg/L，远低于0.3mg/L的要求，并对浊度、SS、COD去除率较好；但投加金属盐TN去除有一定的抑制作用。适用于TP、SS等超标及COD少量超标的情况。(5) 均粒石英砂滤料滤池补充碳源强化反硝化脱氮效果显著，TN可达8mg/L以内，同时对悬浮物、浊度、TP有一定去除效果，适用于TN超标及SS、TP少量超标的情况。参考文献1 Chui P C, Terashima Y, Tay J H, et al. Performance of a part