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山西朔州华电污水处理厂应用纳米零价铁生化促进剂阶段性使用报告

1.朔州华电污水处理厂概况

1.1朔州华电污水处理厂概况

朔州华电污水处理厂位于朔州市朔城区贾庄乡太平窑村东北,处理设计规模6万吨/日,实际日处理水量5.3万吨左右,污水以生活污水为主,主要工艺采用“改良型A/A/O+MBR+磁絮凝澄清池+深床滤池”工艺,周进周出式二沉池,污泥处理主要采用机械式压缩和高压板框压滤,处理泥饼含水率低于60%外运处理。

1.2加药前污水厂运行的情况及存在的问题

污水厂各工段运行正常,出水指标满足排放标准,目前主要面临进水量波动大所造成的二沉池跑泥问题。由于没有进水调节池,每天进水有规律性的波动,早上9点之前进水量较小,在1800m3/h左右,9点过后水量开始增加,两小时左右可增加水量近1000m3/h,受水力冲击的影响二沉池进水激增,泥位迅速上升最终出现泥位快速上升,甚至出现二沉池跑泥现象,这一现象在冬季尤为突出。

以往该污水厂采取两种措施缓解泥位上涨:一是在二沉池进水口人工投加固体聚合氯化铝和聚丙烯酰胺;二是减小二沉池进水量。这两种方法能一定程度上缓解二沉池跑泥现象,但弊端明显且无法从根本上解决问题。首先,大量投加固体聚合氯化铝会产生大量化学污泥,造成化学污泥在生化系统快速大量累积,增加剩余污泥量和污泥处理成本;其次,受现场条件限制聚丙烯酰胺以固体形式直接投加到二沉池,大部分聚丙烯酰胺无法溶解发挥作用,影响后续污泥脱水,且聚丙烯酰胺具有杀菌和微生物生长抑制的作用,长时间使用会对整个生化系统造成不利影响;第三,减小二沉池进水导致前端生化系统水位上涨高负荷运行,只能在短时间内维持,二沉池进水增加后跑泥问题依然得不到解决。

因此,有必要采取更好的办法解决上述问题。

2.投加纳米零价铁生化促进剂的目的

2.1控制二沉池泥位,保证生化系统正常运行

纳米零价铁生化促进剂以纳米零价铁为基础,形成磁性核,更容易使污泥凝聚,进而增强絮体强度解决污泥松散、膨胀等问题,有效改善污泥沉降性、控制SVI指数、稳定二沉池泥位。同时,活性污泥絮体强度增加、颗粒变大,吸附能力增强,为微生物的生长提供良好生存环境,可以减小出水COD、总氮、总磷、SS等指标,保证生化系统正常运行。纳米零价铁生化促进剂投加在二沉池进口,不需要强烈的搅拌反应,同时基本不产生附加的污泥;由于改善了污泥的沉降性能,使得二沉池排泥浓度提高,改善了系统的回流、排泥和脱泥的效率。

现场小试情况:






01.jpg 

现场做30分钟沉降比实验,通过现场照片可以看到添加20ppm的促进剂可以增加15%的沉降比。为降低使用成本,改良促进剂降低了脱除总氮的效能但沉降效果依然明显。

2.2观察纳米零价铁在脱除总氮方面的效果,为提标做准备

纳米零价铁生化促进剂除高效改善污泥沉降性能外,还可以提高反硝化系统的脱氮能力。反硝化过程就是将硝酸盐(NO3-)中的+5价氮还原为0价氮(N2)释放到空气中的过程,在此过程中氮被还原,需要大量自由电子;而纳米零价铁生化促进剂中的零价铁具备强还原性,是十分良好的电子供体,进而提高反硝化系统的脱氮能力,因为纳米零价铁巨大比表面积,使得该过程能迅速高效的进行。

反硝化总反应过程如下:

QQ截图20210310154421.jpg 

4步反应如下:

QQ截图20210310154446.jpg  

 

 

零价铁提供电子过程:

QQ截图20210310154514.jpg 

通过化学方程式可以看到,氮被还原的过程除需要大量电子外还需要大量游离态H+,在传统的生化系统中,反硝化过程中电子和游离态氢离子由碳源提供,而纳米零价铁生化促进剂中的一部分零价铁在还原过程中提供电子的同时,与水分子电离产生的OH-结合生成络合物促使水中游离态H+增加,可以为反硝化提供所需要的H+,纳米零价铁生化促进剂在提高反硝化能力的同时可以减少碳源的使用,而且用量少污泥产量小,可以降低污水处理综合成本。

3.投加纳米零价铁生化促进剂的运行情况

为保证污水厂在冬季的安全稳定运行,朔州华电污水处理厂从2020年12月18日开始投加我们提供的纳米零价铁生化促进剂(现场称为纳米助沉剂),取得了良好的效果。我们对污水厂提供的2020年12月1日至2021年1月17日的各项出水指标数据进行了较为详细的分析(出水是经过磁絮凝和深床滤池之后的)。2020年12月22日至2021年1月17日投加纳米零价铁生化促进剂,该时段共计处理污水量154万吨,共计投加纳米零价铁生化促进剂50吨,平均加药量约为30ppm。

3.1投加前的运行情况

使用纳米零价铁生化促进剂前各项进出水指标如下所示:


3-1加药前进出水指标(平均值)

指标

进水(mg/L)

平均出水(mg/L)

COD

391

22

TN

55.8

14.8

NH3-N

45.6

1.1

TP

41

0.24

 

QQ截图20210310154555.jpg 

3-1总氮进出水mg/L)

通过表3-1和图3-1可以看到:各项出水指标均值满足排放要求,系统运行正常,出水总氮15mg/L左右。

3.2投加期间的运行情况

使用纳米零价铁生化促进剂后的各项出水指标如下所示:


 

3-2加药后进出水指标(平均值)

指标

进水(mg/L)

平均出水(mg/L)

COD

350

25

TN

60

9.4

NH3-N

46

1.25

TP

49

0.21

 

003.jpg 

3-2加药后进出水总氮(mg/L)

004.jpg 

3-3进出水总氮对比图(mg/L)


对比表3-1和表3-2:进水COD均值由加药前的391mg/L减小为350mg/L,进水总氮均值由55.8mg/L增加到60mg/L,其他指标波动不大。出水指标总氮均值由14.8mg/L减小到9.4mg/L,其他指标变化不大。

通过图3-2可以看到,使用促进剂后出水总氮基本在10mg/L以下。

观察图3-3可以看到,在使用促进剂后系统对总氮的去除量由原来的41mg/L增加到50.6mg/L,结果表明纳米零价铁生化促进剂可以起到去除总氮的效果,朔州华电污水处理厂在使用30ppm投加量的情况下可以提高系统去除9.4mg/L的总氮。

4.结果讨论

4.1纳米零价铁控制泥位

纳米零价铁生化促进剂解决了受水量冲击造成的二沉池跑泥问题,可以有效控制二沉池泥位,现场无需再投加固体聚合氯化铝和聚丙烯酰胺。

4.2纳米零价铁促进脱除总氮

纳米零价铁生化促进剂中零价铁为反硝化提供电子,提高反硝化速率,促进总氮的脱除。没有外加碳源的情况下,30ppm投加量可以提高系统9.4mg/L总氮的去除,在进水总氮60mg/L的情况下出水可以达到总氮小于10mg/L的地表A排放标准。需要指出的是该时段是一年中气温最低的阶段,在其他时段,情况可能会更好。

4.3纳米零价铁对生化系统的整体促进

纳米零价铁生化促进剂提高活性污泥的凝聚沉降能力,改变污泥形态、提高污泥沉降比、解决污泥膨胀,维持SVI指数在合理区间。同时,改善微生物生存环境,增加对COD、总磷,尤其是总氮的去除,对整个生化系统的良性运行起到促进作用。