区域地区对不同布水影响

0引言

反硝化深床滤池作为新型的污水深度处理工艺,同时具有脱氮、去除浊度和除磷等复合型功能。该种滤池可以一池多用且性能稳定,目前已在国内多座城镇污水处理厂的升级改造中得到应用[1-3]。陶粒滤料因其多孔疏松、具有较高的生物承载量和一定的强度,常作为曝气生物滤池滤料。而目前市面上深床滤池多采用石英砂作为过滤层,其生物承载量较低,且布水布气形式多采用滤砖,滤池形式单一。为了提供多种反硝化深床滤池工艺选择,在水污染治理领域提供新的方向,本试验以生物陶粒滤料作为填料,研究不同滤速下,滤板滤头型、S型、T型滤砖布水布气形式滤池的水处理效果。

1试验装置与方法

1.1试验装置

试验装置为3组相同尺寸的碳钢材质滤池,单格尺寸为L×B×H=2.05m×1.22m×4.11m。3座滤池均填充粒径为2~4mm的陶粒滤料,滤料层厚度为1.83m。承托层厚度0.38m。进水采用潜污泵压力进水,各组滤池进水管上均配有电磁流量计和电动调节阀,确保3组滤池进水流量一致。滤池顶部配有超声波液位计,出水管上设置电动调节阀,通过超声波液位计与出水调节阀联动控制,保持滤池处于恒液位运行,见图1。试验反洗采用的水泵为卧式离心泵,反洗风机为罗茨风机。滤池反洗和驱氮采用PLC程序自动控制。滤池外加碳源为乙酸钠。

1.2试验水质

本试验以马鞍山南部污水处理厂两级生物滤池出水为原水,原水进水水质如表1所示。

1.3测定项目及方法

试验中测定的项目包括COD、TN、DO、浊度等,其中DO使用手提式HQ30d测定仪测量,浊度采用2100型便携式浊度仪测量。其余项目均按照标准方法进行分析[4]。

1.4试验流程及运行参数

试验分两个阶段,第一阶段滤池设计滤速6m/h,空床停留时间18.27min。每天定时取进出水水样检测各指标。取样时,若正在反洗或者正在驱氮,待反洗或者驱氮完成后30min再取样。试验持续24d。第一阶段试验结束后,提高进水泵流量,提高滤池滤速至8m/h,空床停留时间13.7min。试验持续24d。两组试验均是在微生物挂膜成功后进行。试验设置反洗水泵驱氮和气水联合反冲洗。驱氮周期为3~4h,定时驱氮。反洗周期根据PLC程序自动控制判别反洗。滤池反冲洗参数如下:先单独气洗5min,再气水联合反冲洗10min,最后水漂洗15min,水反冲强度为15m3/(m2•h),气反冲强度为90m3/(m2•h)。驱氮水洗强度为15m3/(m2•h),持续2~3min。

2结果与分析

2.1不同布水布气形式滤池对TN的去除效果

由图2a可知,滤速6m/h条件下,滤池进水TN浓度范围12~19mg/L,均值14.8mg/L。滤池2和滤池3出水TN浓度差距不大,范围大概在3~11mg/L,均值分别为6.3mg/L和6.2mg/L。其TN去除率分别为57.8%和58.2%。滤池1出水浓度范围2~8mg/L,均值4.3mg/L,TN去除率为70.7%。很显然,滤池1的TN去除效果明显优于滤池2和滤池3。由图2b可知,滤速8m/h条件下,滤池进水TN浓度范围10~20mg/L,均值为14.1mg/L。滤池2和滤池3出水TN浓度相近,其浓度范围均在5~10mg/L,均值分别为6.4mg/L和6.5mg/L,TN去除率分别为54.8%和53.6%。滤池1出水浓度范围3~8mg/L,均值4.6mg/L,TN去除率为67.7%。同样的,滤池1的TN去除效果明显优于滤池2和滤池3。试验数据表明,无论是滤速6m/h还是滤速8m/h条件下,滤池1去除TN效果明显优于滤池2和滤池3,分析认为:滤池1采用的是滤板滤头布水布气形式,滤池2和滤池3分别采用的是S型滤砖和T型滤砖布水布气形式。试验运行期间可知,反洗时,滤池1的布水布气效果更均匀,效果更理想,见图3a。因此,相较于滤池2和滤池3,滤池1反洗更彻底,滤料表面老化的生物膜更容易脱落,随反洗废水排走,滤料表面附着的生物膜新陈代谢更旺盛,从而提高了生物膜的活性和对TN等有机物的氧化降解能力[5]。相比之下,滤速为6m/h工况下,各滤池中TN去除率略高于滤速8m/h工况。这是由于,较高的滤速导致进水停留时间变短,滤料表面的反硝化菌生物量相对较少,不利于短时间内从进水中获取碳源,进而导致总氮的去除量降低[6]。从图3可知,上述两种工况下,各滤池的出水TN浓度均稳定低于10mg/L。表明,在深度处理段,以生物陶粒滤料作为填料时,深床滤池在较高滤速时(如速率8m/h),出水TN浓度远高于准Ⅳ类标准。这是由于生物陶粒滤料表面粗糙,比表面积达6.8×104cm2/g,易于挂膜;形状规则,运行中对气泡的剪切效果好;堆积密度小,强度高,耐冲洗,生物挂膜性能明显高于石英砂。

2.2不同布水布气形式滤池对CODcr的去除效果

由图4a可以看出,滤速6m/h条件下,滤池进水CODcr浓度范围40~85mg/L,均值61.5mg/L。滤池2和滤池3出水COD浓度差距较小,二者COD浓度范围均在15~30mg/L。滤池1出水浓度范围10~28mg/L。与TN去除效果规律保持一致。由图4b可以看出,滤速8m/h条件下,滤池进水COD浓度范围40~85mg/L,均值65mg/L。滤池2和滤池3出水COD浓度差距不大,二者COD浓度范围均在15~30mg/L。滤池1出水浓度范围10~28mg/L。与TN去除效果规律保持一致。这是由于:①滤池为恒液位运行,各滤池受跌水充氧影响差异不大,根据滤池进水DO浓度检测也能验证这一点;②反硝化菌是兼性异养菌,在无分子态氧情况下,反硝化菌利用硝酸盐和亚硝酸盐作为电子受体,有机物作为碳源及电子供体提供能量并得到氧化稳定[5]。本试验原水为厂区深度处理段进水,原水中C/N比小于4∶1,不利于反硝化菌作用,故滤池进水外加了碳源。滤池1中TN去除效果优于滤池2和滤池3中TN去除效果,说明滤池1中有机物消耗多,故出水中COD浓度略低于滤池2和滤池3出水。从图4可知,上述两种工况下,各滤池的出水COD浓度均稳定低于30mg/L。表明深度处理段,采用陶粒滤料的深床滤池在较高滤速时(如速率8m/h),出水COD浓度优于准Ⅳ类标准。综上,在选用生物陶粒滤料作为填料时,可适当提高深床滤池的滤速,既满足出水要求,又降低投资成本。

2.3不同布水布气形式滤池对浊度的去除效果

滤速对滤池进水浊度和出水浊度变化如图5所示。当滤速为6m/h时(见图5a),滤池进水浊度均值为1.71NTU,3座滤池出水浊度均值分别为0.81、0.81、0.79NTU,去除率分别为52%、52%、53%。当滤速为8m/h时(图5b),滤池进水浊度均值为1.60NTU,3座滤池出水浊度均值分别为0.71、0.76、0.76NTU,去除率分别为55%、53%、52%,这与滤速为6m/h条件下的处理效果相似。径以及滤料层厚度影响,滤速的提高对滤池浊度去除率影响较小。且根据试验结论,在深度处理段,反硝化深床陶粒滤池能够有效去除来水中的浊度,可做为SS、浊度达标的保障措施。

2.4不同滤速下对反洗周期的影响

表2显示了滤池在不同滤速下的反洗周期。试验选取了滤池1作为研究对象,验证了不驱氮情况下,对滤池反洗周期的影响。从表中可以看出,当滤速为6m/h时,不驱氮情况下,滤池反洗周期约为17h;当滤速为8m/h时,不驱氮情况下,滤池反洗周期约为14h。而当滤池驱氮,且驱氮周期为4h时,则滤池在不同滤速情况下,反洗周期分别延长至36~40h和24~30h。试验结果表明:①滤池驱氮,对滤池反洗周期影响明显,说明滤池驱氮是滤池运行周期内不可或缺的一环;②提高滤池滤速,滤池所截留的悬浮物以及反硝化产生的气泡量增加,滤池堵塞加快,能快速缩短滤池反洗周期。

3结论与展望

(1)滤板滤头型布水布气形式反硝化深床陶粒滤池TN去除效果优于S型和T型滤砖布水布气形式。说明滤池反洗效果与滤池TN去除有直接联系,滤池反洗效果越好,滤料表面生物膜代谢越旺盛,生物膜活性越强。(2)各滤池的出水TN浓度均稳定低于10mg/L,出水CODcr浓度均稳定低于30mg/L。在深度处理段,以生物陶粒滤料作为填料时,深床滤池在较高滤速时(如速率8m/h),出水各指标接近《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅳ类标准。(3)滤池的浊度去除率主要受到滤料粒径以及滤料层厚度影响,滤速的提高对滤池浊度去除率影响较小。(4)滤池驱氮,对滤池反洗周期影响明显,且提高滤速,能快速缩短滤池反洗周期。(5)以生物陶粒滤料为填料的滤板滤头布水布气形式反硝化深床滤池用于污水处理厂深度处理的可行性和优越性,为污水厂的升级改造提供多种反硝化工艺选择,为严峻的水污染治理领域提供了新的方向。

作者:程晓玲 孙云东 韦玲 毛晟安 夏诗倩 单位:安徽华骐环保科技股份有限公司