大孔樹脂對污水處理廠尾水提標及再生液的高效脫氮處理中試研究*

2023-08-25 08:55:20陶炳池黃慧敏王宇芳梅榮武胡正峰

環境污染與防治 2023年8期

陶炳池黃慧敏王宇芳梅榮武胡正峰

(1.浙江省環境工程有限公司,浙江杭州 310012;2.浙江省環科環境認證中心有限公司,浙江杭州 310007;3.杭州華澳環境技術有限公司,浙江杭州 310012;4.浙江省生態環境科學設計研究院,浙江杭州 310007)

為加強對水資源保護,各地紛紛出臺各類水質排放標準和水質整治計劃。2018年底,浙江省出臺了地方標準《城鎮污水處理廠主要水污染物排放標準》(DB33/ 2169—2018),相較于《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)一級A標準,化學需氧量(COD)、氨氮、總氮(TN)、總磷(TP)4項水污染物的控制標準都有加嚴,其中COD、氨氮和TP更是要求達到《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)的Ⅳ類水質標準。因此,污水處理廠尾水急需提標改造。氮是造成水體富營養化的重要元素[1],然而目前深度脫氮仍是一個難題。

城鎮污水處理廠尾水中TN大部分以硝態氮的形式存在,可以利用大孔樹脂中的活性基團與硝酸根離子發生交換進行深度脫氮。但是樹脂的再生液仍是含高濃度TN的廢水[2-3],其處置也是一個難點[4],從而限制了大孔樹脂在污水處理廠尾水提標中的應用。

本研究以有效削減污水處理廠TN并保證出水各項水質指標穩定達標為目標,采用大孔樹脂對污水處理廠尾水進行處理,同時對含高濃度TN的樹脂再生液采用兩級缺氧好氧(AO)工藝進行中試實驗,研究并論證該系統在尾水提標和樹脂再生液高效脫氮應用中的可行性。

1 實驗內容

1.1 實驗用城鎮污水處理廠尾水水質

以杭州市某城鎮污水處理廠尾水即活性砂濾池出水作為本次中試實驗的進水,主要水質指標如表1所示。

表1 某城鎮污水處理廠尾水水質指標Table 1 Water quality indicators of tail water from an urban sewage treatment plant

污水處理廠尾水執行GB 18918—2002一級A標準,實際上部分指標基本已達到GB 3838—2002的Ⅳ類水質標準。

1.2 實驗裝置

采用大孔樹脂對尾水中的硝態氮進行深度脫氮,同時大孔樹脂對COD和TP也有一定的吸附效果,以確保出水水質達到DB33/ 2169—2018要求,并使TN也達GB 3838—2002的Ⅳ類水質標準。圖1為大孔樹脂對污水處理廠尾水提標的一體化中試裝置,先用樹脂吸附柱吸附后再用兩級AO工藝高效脫除含高濃度硝態氮的樹脂再生液。該中試裝置的處理水量為100 L/h。樹脂吸附柱直徑為10.5 cm,高度為84 cm,柱內填有交換容量不小于900 mol/m3的D890離子交換樹脂,水力停留時間為5 min。大孔樹脂每連續運行40 h再生置換2 h,用25 L質量分數為6.0%的NaCl溶液進行反洗置換,接著用35 L清水反洗,收集得到含高濃度硝態氮的樹脂再生液。兩級AO工藝設計處理水量為36 L/d,其中一級缺氧池和好氧池的水力停留時間為24 h,二級缺氧池和好氧池的水力停留時間為12 h。有研究表明,投加高效反硝化或硝化菌群可提高脫氮效率[5-8],因此本研究還向兩級AO工藝中投加了具有高效脫氮性能的菌群,以實現對目標污染物的高效降解[9]。本項目通過向高效反硝化系統內加入實驗室自主開發的反硝化菌劑,補充反硝化菌促生劑,優化反硝化菌群,提高反硝化效率。樹脂再生液中以硝態氮為主的TN在一級缺氧池中反硝化去除,然后進入到一級好氧池中實現對氨氮的硝化和可生化COD的降解,再進入到二級缺氧池和好氧池進一步去除。二沉池的污泥回流至一級缺氧池,二沉池出水經簡單混凝沉淀后回流至污水處理廠生化系統。

圖1 一體化中試裝置Fig.1 Integrated pilot device

1.3 分析檢測

采用鉬酸銨分光光度法測定 TP,納氏試劑比色法測定氨氮,堿性過硫酸鉀消解/紫外分光光度法測定TN,紫外分光光度法測定硝態氮。樹脂吸附柱出水COD用高錳酸鹽法測定(參考高錳酸鹽指數限值標準),兩級AO工藝出水COD用重鉻酸鉀法測定。

2 結果與討論

2.1 樹脂吸附柱對污水處理廠尾水的提標效果

圖2給出了樹脂吸附柱對污水處理廠尾水的硝態氮和TN去除效果。可以發現,大孔樹脂對TN和硝態氮的去除效果很穩定,TN平均質量濃度從進水的10.63 mg/L降為出水的0.98 mg/L,硝態氮平均質量濃度從進水的9.01 mg/L降為0.74 mg/L,平均去除率都在90%左右,TN出水濃度幾乎都達到了GB 3838—2002的Ⅳ類水質標準(1.5 mg/L)。

圖2 樹脂吸附柱進出水的TN和硝態氮Fig.2 TN and nitrate nitrogen in inlet and outlet of resin adsorption column

污水處理廠尾水TP基本可以達到GB 3838—2002的Ⅳ類水質標準,但存在不穩定的情況,圖3給出了樹脂吸附柱對污水處理廠尾水的TP去除效果。可以發現,由于進水TP濃度就很低,因此大孔樹脂不能顯示出對TP的較好去除效果,甚至出現了出水TP濃度高于進水的情況,不過平均質量濃度還是從進水的0.18 mg/L降為了出水的0.10 mg/L,使得出水可穩定達到GB 3838—2002的Ⅳ類水質標準(0.3 mg/L)。

圖3 樹脂吸附柱進出水的TPFig.3 TP in inlet and outlet of resin adsorption column

從圖4可知,大孔樹脂對氨氮的去除率也不高,平均質量濃度從進水的0.26 mg/L降為出水的0.12 mg/L,主要原因是本研究所采用D890離子交換樹脂為大孔陰離子樹脂。但由于污水處理廠本身的生化系統完善,尾水的氨氮質量濃度就已遠低于GB 3838—2002的Ⅳ類水質標準(1.5 mg/L)。

圖4 樹脂吸附柱進出水的氨氮Fig.4 Ammonia nitrogen in inlet and outlet of resin adsorption column

由圖5可見,前期進水COD較不穩定,大孔樹脂對高濃度COD有較好的去除效果,后期進水COD濃度較低,大孔樹脂對低濃度COD去除效果就不再那么明顯,COD平均質量濃度從進水的10.33 mg/L降為出水的5.89 mg/L,出水穩定達到GB 3838—2002的Ⅳ類水質標準(10 mg/L)。

圖5 樹脂吸附柱進出水的CODFig.5 COD in inlet and outlet of resin adsorption column

樹脂吸附柱出水的COD、TP、氨氮、硝態氮、TN平均質量濃度分別為5.89、0.10、0.12、0.74、0.98 mg/L,都達到GB 3838—2002的Ⅳ類水質標準,去除率分別達到42.98%、44.44%、53.85%、91.79%、90.78%,對硝態氮和TN的去除效果明顯,且對COD和TP也有一定的去除效果,提高了出水的穩定性,完成提標目標。