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反硝化滤池工艺改造工程案例

来源:未知 发布日期:2018-09-30 09:22 浏览:
由于硝态氮(NO3--N)过高而引起的总氮(TN)超标,是目前污水处理厂遇到的普遍难题。寻求经济合理的反硝化脱氮工艺是目前研究的热点,其中反硝化生物滤池因其高生物量、反硝化速率快和占地面积小等优点,是提标改造脱氮的首选工艺。
 
  反硝化生物滤池是属于生物膜法的脱氮工艺,它将污水处理的厌氧接触法和过滤技术有机地结合在一起,既能达到净化污水、脱氮的目的,又能有效地截留SS。其工艺原理为在滤池中填充颗粒状的滤料,作为微生物的载体,在污水从滤料表面流过的过程中,微生物利用污水中的硝态氮和有机物进行代谢,使污水净化;同时,滤料处于压实状态,利用滤料粒径较小及生物膜的絮凝作用,截留水中的悬浮物和脱落的生物膜。
 
  城镇污水处理厂二级出水往往是TN超标,而COD却很低,所以用反硝化生物滤池进行升级脱氮需要投加碳源。笔者通过改变碳源的投加量,考察了反硝化生物滤池的进出水质变化情况,以确定相关的工艺参数。
 
反硝化滤池
 
  1 中试材料及方法
 
  1.1试验装置
 
  该中试装置设计处理量为3~8m3/h,池体为高度5.05m、底面0.8m×1.0m的柱体,采用壁厚6mm的钢板制成。在柱体距离底部1.1m处安装滤板,滤板上装有反硝化生物滤池专用长柄滤头30套,在滤板上方为填装300 mm厚的卵石承托层。
 
  滤池中填充两种规格的球型轻质多孔生物滤料,下层滤料粒径为4mm~6mm,填装高度为1.7m;上层粒径为3mm~5mm,填装高度为0.8m。滤池采用上向流的方式运行。
 
  球形轻质多孔生物滤料的主要成分及其质量分数为:SiO2为54.29%;Al2O3为16.44%;Fe2O3为4.23%;CaO为2.86%;MgO为0.46%。滤料表面粗糙,比较面积达6.8×104cm2・g-1,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。
 
  特性 参数
 
  磨损率与破碎率之和(%) ≤4
 
  含泥量(%) ≤1
 
  盐酸可溶性(%) ≤1.5
 
  表观密度(g/cm3) 1.4~1.8
 
  堆积密度(g/cm3) ≤1.0
 
  空隙率(%) ≥42
 
  比表面积(cm2/g) ≥2×104
 
  筒压强度(MPa) ≥6
 
  1.2原水水质
 
  试验原水为某污水处理厂二级出水,主体工艺为三槽式氧化沟和A+A2/O工艺,目前出水总氮较高,出水水质不太理想,具体水质见表2。
 
  指标 范围 均值
 
  CODcr(mg/L) 22.5-38.4 33.3
 
  NH4+-N(mg/L) 0.27-2.64 0.91
 
反硝化滤池
 
  TN(mg/L) 20.7-31.4 26.5
 
  NO2--N(mg/L) 0 -3.27 0.93
 
  NO3--N(mg/L) 18.8-28.6 23.4
 
  pH 6-9 7
 
  水温℃ 20-24 22
 
  1.3反硝化生物滤池的启动
 
  设备运行调试:滤池以5m3/h进水,以自来水代替甲醇,检查提升泵1、提升泵2、反冲洗水泵、反冲洗风机以及加药泵能否正常运行,进水、出水流量计能否正常显示流量读数,检查现场管路、阀门等有无漏水情况。经3~4日联动运行,若未发现不正常情况,可以进入挂膜调试阶段。
 
  挂膜调试:挂膜方法是先间歇培养,再进行负荷渐增的连续流进水。即首先用自来水配制一定浓度的甲醇溶液作为碳源,然后滤池以2m3/h进水并适量泵入甲醇溶液(其中甲醇投加量是指泵入甲醇后的污水中甲醇的浓度)。滤池进水8h左右后,停止进水,让滤料与泵入甲醇的污水充分接触16h后再进水8h,如此反复6~7天,随后保持连续进水,并逐步增加进水量,同时逐步增加甲醇投加量。在此期间,通过测定进出水的水质变化,间接反映生物膜的生长情况,及时对运行参数进行调整,进一步增加进水水力负荷,将进水量增加至5m3/h甲醇投加量增加至90mg/l,对生物膜进行驯化。
 
  反冲洗工况:在运行过程中,随着运行时间的推移,生物膜由于增殖而逐渐增厚,同时滤层截留的SS不断增加,使滤层阻力不断增加最终达到极限水头损失,此时需对滤池进行反冲洗,去除滤池内老化的微生物膜及滤床截留的SS,以恢复其处理能力。该工艺采用快速降水位+气水联合反冲洗,即快速排水――气洗――气水联合洗――水洗,从实际运行情况来看,反冲洗时间控制在气洗4min,气水联合洗6min,水洗8min较为合适。

  分析项目及方法
 
  各项指标均按标准方法监测。CODcr:重铬酸钾法;NH4+-N:纳氏试剂光度法;NO2--N:N-(1-萘基)-乙二胺光度法;NO3--N:紫外分光光度法;TN:过硫酸钾氧化-紫外分光光度法;溶解氧(DO)采用WTW Durox325溶解氧测定仪测定;pH采用HACH phc101 pH分析仪测定。
 
反硝化滤池
 
  结果与讨论
 
  TN、NO3--N、NO2--N、NH4+-N的去除分析
 
  经过前期的间歇培养后,反硝化滤池从3月21日开始以5m3/h连续进水,滤速为6.25m3/(m2・h),整个试验期间水温为20~24℃。从图2可看出,反硝化滤池TN的去除效果与甲醇投加量有关。TN的去除主要是反硝化作用的结果,即在缺氧条件下,反硝化细菌利用污水中的有机物作为电子供体,把NO3--N和NO2--N的还原为N2,致使TN浓度降低,所以TN的去除程度可以反映反硝化作用的实际效果。
 
  Fig.2 Effect of TN removal under different Methanol dosage
 
  整个试验期间进水TN浓度变化范围是20.7~31.4mg/L,3月21日~3月26日,甲醇投加量以26mg/L、37mg/L、54mg/L梯次增加,TN的去除量介于4.6~9.9mg/L之间,效果不理想,出水TN浓度仍然大于15mg/L,未能达到一级A标准。这说明在反硝化脱氮过程中,反硝化细菌可利用的碳源物质不足,即不能为氮元素从硝态氮或亚硝态氮形式还原成氮气提供足够的电子。3月27日~4月11日,甲醇投加量增至90mg/L并保持不变,此期间出水TN浓度迅速降低,3月27日就下降到15mg/L以下,达到一级A标准[3]的要求,然后到3月31日降至最低。
 
  3月31日~4月11日,出水TN都在5mg/L以下波动,TN去除率范围是82.0%~99.9%,均值为91.8%,这表明该期间反硝化滤池达到了稳定运行状态,TN去除效果良好。从4月12日开始,甲醇投加量突降至30mg/L,反硝化过程又出现碳源不足的情况,导致在此期间出水TN浓度迅速上升,并在4月15日达到了16.4mg/L,此时TN去除率也达到了39.3%。在3月21日~4月11日期间,进水NO3--N浓度范围是18.8~28.6mg/L,均值为23.4mg/L。从上面分析可知,反硝化滤池运行稳定运行期是3月31日~4月11日,此期间出水NO3--N浓度几乎接近于0。而3月21日~3月30日,由于刚开始反硝化细菌可利用的碳源不充足,所以出水NO3--N浓度刚开始较高。另外,4月12日~4月15日,由于甲醇投加量的突降,出水NO3--N浓度出现了反弹。

  影响因素与控制条件
 
  1) 硝化反应主要影响因素与控制要求
 
  ①好氧条件,并保持一定的碱度。氧是硝化反应的电子受体,硝
 
  化池内溶解氧的高低,必将影响硝化反应的进程,溶解氧质量浓度一般维持在2~3mg/L,不得低于1mg/L,当溶解氧质量浓度低于0.5~0.7mg/L时,氨的硝态反应将受到抑制。
 
反硝化滤池
 
  硝化菌对pH值的变化十分敏感,为保持适宜pH值,废水应保持足够的碱度以调节pH值的变化,对硝化菌的适宜pH值为8.0~8.4。
 
  ②混合液中有机物含量不宜过高,否则硝化菌难成为优势菌种。 ③硝化反应的适宜温度是20~35℃。当温度在5~35℃之间由低向高逐渐升高时,硝化反应的速率将随温度的升高而加快,而当低至5℃时,硝化反应完全停止。对于去碳和硝化在同一个池子中完成的脱氮工艺而言,温度对硝化速率的影响更为明显。当温度低于15℃时即发现硝化速率迅速下降。低温状态对硝化细菌有很强的抑制作用,如温度为12~14℃时,反应器出水常会出现亚硝酸盐积累的现象。因此,温度的控制时相当重要的。
 
  ④硝化菌在消化池内的停留时间,即生物固体平均停留时间,必须大于最小的世代时间,否则硝化菌会从系统中流失殆尽。
 
  ⑤有害物质的控制。除重金属外,对硝化反应产生抑制作用的物质有高浓度NH4-N、高浓度有机基质以及络合阳离子等。
 
  2) 反硝化反应主要影响因素与控制要求
 
  ①碳源(C/N)的控制。生物脱氮的反硝化过程中,需要一定数量的碳源以保证一定的碳氮比而使反硝化反应能顺利地进行。碳源的控制包括碳源种类的选择、碳源需求量及供给方式等。
 
  反硝化菌碳源的供给可用外加碳源的方法(如传统脱氮工艺)、利用原废水中的有机碳(如前置反硝化工艺等)的方法来实现。反硝化的碳源可分为三类:第一类为外加碳源,如甲醇、乙醇、葡萄糖、淀粉、蛋白质等,但以甲醇为主;第二类为原废水中的有机碳;第三类为细胞物质,细菌利用细胞成分进行内源反硝化,但反硝化速率最慢。