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连续砂滤池在低水温条件下的反硝化脱氮效果
作者:管理员    发布于:2016-03-21 13:44:41    文字:【】【】【

  城镇污水处理厂提标改造进行反硝化脱氮深度处理时,温度是抑制连续砂滤池反硝化菌活性的主要因素之一1.在夏季进行反硝化脱氮,连续砂滤容积负荷能够达到1.6kgKm3,d)以上2,但在冬季低水温条件下反硝化脱氮实际运行案例较少,尤其水温在12°c左右时,反硝化菌的培养效果和反硝化脱氮能力尚无明确案例。本文以河南省鹤壁市淇滨污水处理厂中水回用项目中的连续砂滤池反硝化脱氮试运行为例,对低水温条件下反硝化菌的培养和脱氮能力进行了研究和探讨,为实际工程运行提供理论支持。

  -08-121项目概述淇滨污水处理厂位于河南省鹤壁市新区,地处中原地区,夏季平均气温27.1C,冬季平均气温-0.2C.淇滨污水处理厂中水回用主要工艺流程为:二沉池出水一混凝沉淀(化学除磷)一连续砂滤池一液氯消毒一中水池一外送。进入连续砂滤池的污水经过前段好氧系统、混凝沉淀池系统处理后,COD、BOD、NH3 -N和TP都已达到中水回用标准,因此连续砂滤池的装置主要针对处理水体中的TN和SS两项指标。连续砂滤池水质参数见表1.项目水温/t连续砂滤进水大于12连续砂滤出水注:硝酸盐浓度大于15mg/L.淇滨污水处理厂中水处理规模为5万t/d,采用连续砂滤器48套,分别安装在6组砂滤池,每组砂滤池可单独运行;单池过滤面积为48. 02m2,有效砂床厚度为3m,采用石英海砂为滤料,石英砂规格为1.2~2.0mm;为保证反硝化菌对碳源的需求,连续砂滤池配有外加碳源自动投加系统。试运行阶段的实际污水量为35 /d左右,只运行3组连续砂滤池用于反硝化脱氮。

  2连续砂滤器运行原理及反硝化脱氮机理连续砂滤器具有硝化反硝化脱氮、化学除磷和除悬浮物的功能,适用于污水处理厂提标改造或中水回用处理工艺。

  2.1连续砂滤器运行原理连续砂滤系统是连续的过滤系统,不必停机洗砂,过滤方向为自下而上(水由下向上通过砂床,砂子缓慢向下移动)。过滤过程中,砂子在清洗槽中被清洗,悬浮固形污染物随清洗水排出;同时砂床内无机械设备,操作及维护简单。连续砂滤过程运行原理见。

  连续砂滤器运行原理的工艺过程描述如下:水:待过滤水通过进水管1和布水器2进入砂床3,水在向上通过砂床的过程中被净化,滤液在过滤器出水口4被排出。

  砂:在水向上流动的同时,砂床连续向下移动,脏砂5从砂床底部抽出并清洗,之后放回砂床顶部6.空气:砂循环基于压缩空气的气提原理,气提将脏的砂子和水的混合物通过中心管7向上推动,强烈的摩擦作用将脏的悬浮物和砂粒分离,在上升管的顶部释放,脏水被排出8.砂子在清洗器中下落,通过气提管输送的砂量取决于进入气提管的压缩空气的量。

  洗砂器:清洗器9,具有优良设计的水力特征,在气提管的上部,砂粒通过清洗器迷宫结构的环形空间下落,终被逆行的滤清液清洗干净。滤清液的流动由滤清液10和洗砂水8之间的液位差驱动,滤清液的液位等于滤清液溢流堰的液位,洗砂水的液位等于洗砂水的排出管顶部高度。

  2.2连续砂滤反硝化脱氮机理连续砂滤的反硝化脱氮功能主要是附着在石英砂表面的反硝化细菌(石英砂表面粗糟,在其凹凸面上易于附着生物膜),利用水体中碳源或者外加的碳源,在缺氧条件下,利用硝酸氧化有机物质而获得自身生命活动所需的能量,同时将水体中亚硝酸盐和硝酸盐还原为氮气,达到脱氮目的同时提高水体中的碱度。反硝化细菌多为异养、兼性厌氧细菌,如反硝化杆菌、斯氏杆菌、萤气极毛杆菌等M,其生化过程可用,砂床内形成缺氧环境,促进反硝化脱氮反应发生,同时附着在石英砂表面的反硝化菌不断进行自身繁殖,形成生物膜;随着该生物膜厚度逐渐增加,通过连续砂滤器连续提砂和洗砂过程的剧烈磨擦,使石英砂表面的生物膜变薄(石英砂凹面仍残留着部分生物膜),达到控制石英砂表面生物膜的厚度,即浅层薄膜,脱落的生物膜随洗砂水排走。

  在整个反硝化脱氮过程中,连续砂滤本身强大的自清洗过滤作用可以使得出水悬浮物和浊度维持在个很低的水平,因此,采用连续砂滤器,可以简单完成由级B提升到级A标准的要求。

  3碳源自动投加原理进入连续砂滤池的污水经过前段好氧处理和混凝沉淀处理后,水体中可被利用的碳源量不能直接满足反硝化菌脱氮的要求,故需要外加碳源;常见的外加碳源有甲醇、乙醇、醋酸钠、葡萄糖等。研究和实践表明:甲醇碳源成本低,反硝化脱氮效果较好812,故选用甲醇为外加碳源。

  该项目设计了一套全自动碳源投加系统,自动化程度较高,可以根据进水水质条件自动调节碳源的投加量,不仅满足反硝化菌脱氮对碳源的需求,同时还可以避免因碳源投加过量而导致连续砂滤池出水COD超标。

  其主要控制原理为:PLC自控系统根据连续砂滤池进水渠上的在线监测仪反馈的进水水质数据(即进水中的溶解氧浓度、硝酸盐浓度和进水水量)、以及PLC控制系统里设置的碳源的浓度和密度、脱氮需要消耗的碳源量参数和降低溶解氧所需要的碳源量参数,自动计算出碳源的投加量;PLC系统将该投加量与碳源在线流量计实际反馈的流量数据进行比较,并根据比较结果调整碳源计量泵的频率(采用变频控制),从而调节碳源的投加量,实现根据连续砂滤池进出水水质条件碳源的投加量控制;由于进水水体中的亚硝酸盐浓度低于1mg/L,需要额外投加的碳源量很少,故在碳源投加量计算时忽略亚硝酸盐的影响。

  4运行结果及分析连续砂滤池系统反硝化脱氮功能试运行时间为2012年11月12日一2012年12月31日,―为连续监测数据。

  4.1连续砂滤进、出水温、滤速、溶解氧和反硝化脱氮效果变化反硝化菌培养初的水体温度为14.8°C,连续砂滤池的滤速为4.8m/h,在试运行的前3山检测连续砂滤池出水溶解氧浓度均在7mg/L以上,影响反硝化菌的培养。经现场观察和分析发现,主要是以下三方面原因:1)前段混凝沉淀池系统投加PAC进行化学除磷,导致进入连续砂滤池的微生物菌种减少。

  混凝沉淀池进水溶解氧浓度仅为3mg/L,而混凝对TP的去除处理效果沉淀池出水为穿孔跌水方式,跌水过程起到充氧效果,导致溶解氧升高,达到6.5~8.5mg/L,水体中残留的微生物菌不能利用掉如此高浓度的溶解氧。3)连续砂滤池内的滤速为4.8m/h,滤速过快,水力停留时间短,截留的反硝化菌来不及附着固定在石英砂表面,就被洗砂过程摩擦而脱落,随洗砂水排放而带走。通过采取暂停混凝沉淀投加PAC化学除磷和降低连续砂滤池滤速至3m/h两个措施后,稳定运行1d,连续砂滤池出水溶解氧浓度降低到0.5mg/L以下,砂床内的缺氧环境为反硝化菌培养创造条件。继续稳定运行20d,连续砂滤池对TN的去除量达到了15mg/L.12月6日提高连续砂滤池处理水量,保持滤速为4m/h,并控制甲醇碳源投加量。运行至12月8日,TN的去除量稳定在15mg/L,出水COD浓度达到一级A排放标准以下,完成反硝化菌培养。

  从―可看出:1)在启动初期,控制溶解氧浓度小于0.5mg/L以下,提供缺氧环境是反硝化细菌培养及脱氮的关键;反硝化菌培养结束,稳定运行过程中,连续砂滤池出水溶解氧浓度基本维持在0.5mg/L以下,有利于反硝化脱氮反应进行。2)在试运行过程中,水温逐渐降低至11.7°C时,虽然反硝化菌也能培养成功,但反硝化菌的培养时间延长,达到24d,同时也浪费了碳源药剂。利用连续砂滤系统在冬天进行反硝化脱氮的污水处理厂,建议在水温高于20C前进行反硝化菌培养,不仅能培养数量更多的反硝化菌,而且缩短反硝化菌培养时间。3)在反硝化菌培养过程中,保持较低的滤速,延长水力停留时间,有利于反硝化菌截留和接种。从该试运行过程发现,连续砂滤系统进水中的水温、溶解氧浓度和砂床的滤速是影响反硝化菌培养和反硝化脱氮的主要因素。

  4.2容积负荷、甲醇碳源投加量及COD、硝酸盐、亚硝酸盐去除效果在反硝化菌培养初期,连续砂滤池出水中COD浓度较高,但去除的硝酸几乎为零;但在连续砂滤系统稳定运行10d后,硝酸盐去除量逐渐增加,亚硝酸盐无积累现象,COD浓度呈递减趋势;在完成反硝化菌培养后,随着进水中硝酸盐浓度升高和提高连续砂滤池滤速,连续砂滤出水出现亚硝酸盐积累和COD浓度升高,然而TN的去除率反而降低(见―)。

  主要原因是:在启动初期,甲醇碳源主要以手动控制方式投加,砂床截留和固定的反硝化菌数量较少,外加甲醇碳源利用率低,连续砂滤池出水中COD浓度较高。培养初期的前两天,连续砂滤进、出水中的COD浓度差值即可视为外加甲醇碳源产生的COD(外加甲醇碳源与连续砂滤池进水混合后,直接进入砂床底部,未能直接取样检测到投加甲醇碳源后的连续砂滤进水中COD浓度);随着砂床截留和固定的反硝化菌数量增加,水体中投加的充足的甲醇碳源和水体中较高浓度的硝酸盐,满足了截留在砂床上的反硝化菌自身快速繁殖的条件,被还原的硝酸盐量随着反硝化菌的增加而逐渐升高,反硝化反应彻底,无亚硝酸盐积累;连续砂滤池出水中仍残留较多没有消耗掉的甲醇碳源,虽导致了出水COD偏高,但有利于反硝化菌快速繁殖。

  反硝化菌培养结束后,控制连续砂滤池的滤速为4m/h,甲醇碳源投加方式采用自动投加,控制甲醇碳源投加量,连续砂滤出水中无过多的甲醇碳源残留;同时连续砂滤池进行提砂和洗砂可使石英砂表面的生物膜维持定厚度后就不再增加,即反硝化菌的数量不再增加,维持了连续砂滤系统反硝化脱氮稳定运行。该阶段能将水体中的硝酸盐浓度从20mg/L降解到1mg/L以下,亚硝酸盐浓度小于2mg/L,TN的去除量大于15mg/L,COD浓度低于一级A排放标准,佳的甲醇碳源投加比在2.8 ~3.2mg/mg.故甲醇碳源投加量也是影响反硝化菌培养和反硝化脱氮效果的主要因素,同时影响连续砂滤池出水COD浓度。

  当连续砂滤池进水中硝酸盐浓度升高,超过20mg/L时,或连续砂滤池砂床水力负荷增加,超过4.5m/h时,需要被还原的硝酸盐量增加,而石英砂表面附着的生物膜厚度在连续砂滤提砂和洗砂过程中维持不变,反硝化菌数量并没有继续增加,反硝化细菌主要发生呈正相关关系。

  4种草本植物锌积累总量与植物生物量呈正相关性,其中地上和地下部分锌的总累计量大是黑麦草,1741.90网。从植物对锌总累积量角度,黑麦草为佳实验植物。锌主要积累在4种草本植物的根系中,其地上与地下部分的锌含量比值均小于1.表明锌不易从根系向茎叶转移,不利于通过收割植物去除锌。

  从植物对锌污染物总累积量角度,黑麦草为佳实验植物。但从去除率角度考虑,早熟禾为佳实验植物。在构建植物滞留系统的过程中,可以针对城市非点源污染的来源和特征及植物的景观要求等,并结合锌污染物去除率和锌在植物体内的累积量,交替种植早熟禾和黑麦草从而提高植物滞留系统去锌能力且有利于延长系统寿命。

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