CBAF对污水厂二级出水的脱氮性能研究杨跃

CBAF对污水厂二级出水的脱氮性能研究杨　跃1,　张金松2,　黄文章2,　尤作亮2(1.哈尔滨工业大学市政环境工程学院,黑龙江哈尔滨150090;2.深圳市水务集团有限公司,广东深圳518031)　　　:　采用复合式曝气生物滤池对深圳市某污水处理厂二级出水进行强化脱氮的中试研究。结果表明,在以葡萄糖为外加碳源的情况下,该滤池对氨氮和总氮的平均去除率分别达93%和45%,出水氨氮和总氮的平均浓度分别为1.2和12.3mg/L。合理的外加碳源投加量不会对出水有机物浓度产生不利影响。试验期间,该滤池的出水水质符合《城市污水再生利用景观环境用水水质》(GB/T18921—2002)和《城市污水再生利用城市杂用水水质》(GB/T18920—2002)的相关要求。　　:　复合式曝气生物滤池;　外加碳源;　强化脱氮:X703　　:C　　:1000-4602(2007)23-0063-04StudyonCombinedBiologicalAeratedFilterforNitrogenRemovalfromSecondaryEffluentfromWWTPYANGYue1,　ZHANGJin-song2,　HUANGWen-zhang2,　YOUZuo-liang2(1.SchoolofMunicipalandEnvironmentalEngineering,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150090,China;2.ShenzhenWaterGroupCo.Ltd.,Shenzhen518031,China)　　Abstract:　Thecombinedbiologicalaeratedfilter(CBAF)wasusedtoenhancenitrogenremovalfromsecondaryeffluentofaWWTPinShenzhen.Thepilot-scaleresultsshowthatwhenusingglucoseasexternalcarbonsourceintheCBAF,theaverageremovalratesofammonianitrogenandtotalnitrogencanreach93%and45%,andtheirconcentrationsintheeffluentare1.2mg/Land12.3mg/Lrespective-ly.Furthermore,appropriatedosageofexternalcarbonsourcedoesnotproduceadverseeffectonthere-movaloforganicpollutants.TheeffluentqualityaccordswiththerelevantrequirementintheReuseofUr-banRecyclingWater—WaterQualityStandardforScenicEnvironmentUse(GB/T18921-2002)andRe-useofUrbanRecyclingWater—WaterQualityStandardforUrbanMiscellaneousWaterConsumption(GB/T18920-2002).　　Keywords:　combinedbiologicalaeratedfilter;　externalcarbonsource;　enhancednitrogenre-moval　　曝气生物滤池(BAF)集生物接触氧化和悬浮固体截留功能于一体[1],具有有机负荷高、生物量大、占地面积小、氧传质效率高、耐冲击能力强、启动快、易于实现自动化控制等优点[2～4],在生物脱氮方面具有卓越的性能[5～8]。笔者采用一种复合式曝气生物滤池(CBAF),以深圳特区内某污水处理厂二级出水为原水进行中试,考察其在强化脱氮方面的性能。1　试验装置与方法1.1　试验装置主体为250mm×6300mm的有机玻璃滤池,上层为聚苯乙烯滤料,粒径为3～6mm,·63·第23卷　第23期2007年12月　　　　　　　　　　　　中国给水排水CHINAWATER＆WASTEWATER　　　　　　　　　　　　　Vol.23No.23Dec.2007滤床厚为2.4m;下部为陶粒滤料,粒径为4～8mm,滤床厚为1.5m;中间为反冲洗膨胀区。装置采用上向流的运行方式,从下层滤料底端开始,向上每隔30cm设1个取样口。试验装置如图1所示。1　Fig.1　Schematicdiagramofpilot-scaleCBAF单一滤料BAF的硝化和反硝化功能常通过“多级滤池”实现,CBAF装置则将两种不同性质的滤料置于同一滤池中,分别作为反硝化菌和硝化菌的载体,避免了在反冲洗时附着不同微生物群落的滤料相混合,保证了反冲洗后硝化和反硝化效率的快速恢复。1.2　试验期间,深圳市某污水厂二级出水(中试装置进水)水质及相应的回用水水质标准见表1。1　Tab.1　Characteristicsofinfluentqualityandreusedwaterqualitystandards项　目中试进水(平均值)城市杂用水水质标准景观环境用水标准氨氮/(mg·L-1)1～15(5.6)105总氮/(mg·L-1)7～23(17.7)—15硝酸盐氮/(mg·L-1)1.2～12(5.7)——COD/(mg·L-1)15～50(32.0)——BOD5/(mg·L-1)10(4.3)106DO/(mg·L-1)2.2～4.6(3.6)——水温/℃20～25——　　按照国家标准方法(GB5750—85)的要求,对氨氮采用纳氏试剂分光光度法测定、硝酸盐氮采用紫外分光光度法测定、总氮采用过硫酸钾氧化—紫外分光光度法测定、COD采用重铬酸钾法测定、BOD5采用稀释接种法进行检测。1.3　试验采用自然挂膜法,经一系列调试,最终以进水流量为0.5m3/h、水力负荷为10m3/(m2·h)、气水比为2∶1的条件运行。由表1可见,进水硝酸盐氮浓度较高,只要保证进水硝酸盐氮完全被去除,即可达到回用标准对总氮浓度的要求(≤15mg/L),因此无需开启内回流。1.3.1　碳源投加量的确定由于进水中的大部分有机物为难生物降解物质(BOD5≤10mg/L),运行初期(3月29日—4月9日)反硝化效率始终较低。为满足缺氧段完全反硝化的需要,试验采用葡萄糖作为外加碳源,结合郑俊等[9]的经验公式和下列反应方程式,计算碳源投加量。　C6H12O6+4.8NO-32.4N2+6CO2+3.6H2O+4.8OH-(1)　C6H12O6+8NO-24N2+6CO2+2H2O+8OH-(2)　C6H12O6+6O26CO2+6H2O(3)完全反硝化所需的碳源总量:　Cm=2.68[NO-3-N]+1.61[NO-2-N]+0.94DO(4)原水中亚硝酸盐氮浓度较低(0.5mg/L),反硝化消耗的碳源可忽略不计,因此式(4)可以简化为:　Cm=2.68[NO-3-N]+0.94DO(5)根据试验确定的葡萄糖剂量及其相应的COD值的关系如图2所示。2　CODFig.2　RelationcurveofglucosetoitsCODvalue由表1可知,装置最多需要去除的硝酸盐氮为8mg/L左右,因此葡萄糖的理论投加量为24mg/L,试验中取25mg/L,从4月10日开始向装置内投加·64·第23卷　第23期　　　　　　　　　　　　　　中国给水排水　　　　　　　　　　　　碳源。由于碳源充足,仅用2周时间就完成了挂膜过程,经过4月13日—5月9日的调试阶段之后开始稳定运行。1.3.2　碱度对脱氮效果影响的评估根据原水水质,氨氮浓度平均为5.6mg/L,硝酸盐氮平均浓度为5.7mg/L,硝化1mg/L的氨氮需消耗7.14mg/L的碱度(按CaCO3计,下同),反硝化1mg/L的硝酸盐氮产生3.57mg/L碱度[5]。由于该装置采用前置反硝化的运行方式,由理论计算可知反硝化过程可为后续硝化过程提供约20mg/L的碱度,相当于硝化所需碱度的一半。运行期间,原水的平均碱度约为90mg/L,除去为硝化提供必要的碱度之外,还剩余略大于70mg/L的碱度,满足保证硝化反应顺利进行的理论值(混合液碱度≥70mg/L)[10],因此试验不需投加碱度物质。2　结果与讨论2.1　从挂膜到稳定运行期间,装置的进水和缺氧段出水硝酸盐氮及总氮浓度如图3、4所示。整个过程进水硝酸盐氮和总氮浓度分别为1.2～12mg/L和7～23mg/L,容积负荷分别为0.21～2.1kgNO-3-N/(m3·d)和0.53～1.73kgTN/(m3·d)。可以看出,投加碳源使反硝化效率显著提高,对硝酸盐氮的去除率始终保持在60%～99%(平均值为72.7%),缺氧段出口处硝酸盐氮浓度基本保持在1.5mg/L以下,平均为1.4mg/L,表明滤池反硝化能力较强。出水总氮浓度基本保持在4～15mg/L范围内,平均为12.3mg/L(平均去除率达45%),满足回用水标准(≤15mg/L)的要求。3　Fig.3　VariationcurvesofNO-3-Nconcentrationandremovalefficiency4　Fig.4　VariationcurvesofTNconcentration2.2　从挂膜到稳定运行期间,装置的出水氨氮浓度见图5。整个过程进水氨氮浓度为1.0～17.4mg/L,容积负荷为0.1～1.87kgNH+4-N/(m3·d)。5　Fig.5　VariationcurvesofNH+4-Nconcentrationandremovalefficiency由图5可以看出,出水氨氮浓度保持在5mg/L以下(平均为1.2mg/L),尤其是在稳定运行阶段,出水氨氮浓度保持在1mg/L左右,平均去除率可达93%。出水水质完全满足景观环境用水和城市杂用水水质标准的要求。出水pH值为6.8～7.2,也满足回用要求,适于硝化菌和反硝化菌的生长。2.3　投加葡萄糖前、后的原水及出水的COD浓度如图6所示。投加葡萄糖前、后的原水COD浓度分别为14.8～57.2mg/L和30～98.9mg/L,出水COD浓度则降低到7.3～40.0mg/L,部分原水中的COD也被去除了。可见,控制合适的碳源投加量,不会对出水的COD浓度造成负面影响。同时,检测到出水的·65·杨　跃,等:CBAF对污水厂二级出水的脱氮性能研究第23卷　第23期BOD5浓度为1.5～5.0mg/L,满足回用水的要求(6mg/L)。6　CODFig.6　VariationcurvesofCODconcentration2.4　装置的常规反冲洗周期为24h,当水头损失达到规定值(20kPa)时,进行强制反冲洗。在流量为0.5m3/h、水力负荷为10m3/(m2·h)时,反冲洗耗水率仅为0.8%,产水率达97%(见表2)。2　CBAFTab.2　Parametersofbackwashing项目反冲洗周期/h耗水量/m3恢复期/min实际产水率/%数值240.135973　结论试验证明,复合式曝气生物滤池启动迅速,对氨氮和总氮的去除效果良好。在不采用内回流、仅投加碳源的条件下,对总氮的平均去除率可达45%,出水浓度仅为4～15mg/L。对氨氮的平均去除率高达93%,出水浓度基本在1mg/L左右。另外,外加碳源不会影响对有机物的去除效果,出水BOD55mg/L。滤池反冲洗耗水量少,产水率可达97%。复合式曝气生物滤池运行效果好,出水水质稳定,是一种高效的强化脱氮工艺,如结合化学法等适当的除磷方法,则可作为深圳特区污水处理厂二级出水的深度处理工艺,处理出水可回用作景观环境用水和城市杂用水。:[1]　RebeccaMoore,JoanneQuarmby,TomStephenson.Theeffectsofmediasiz