煤矿工人村生活污水处理脱氮工业性试验研究_肖艳

第34卷第7期 辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 2015年7月V ol.34 No.7 Journalof Liaoning Technical University （Natural Science ） Jul. 2015 收稿日期：2014-09-04基金项目：科技部科研院所技术开发研究专项项目（2009EG122186）；中国煤炭科工集团科技创新基金项目（2012MS022）；浙江省重大科技专项重点社会发展项目（2009C03005-2）.作者简介：肖艳（1984-），女，安徽 濉溪人，工程师，主要从事水处理等方面的研究. 本文编校：焦丽肖艳.煤矿工人村生活污水处理脱氮工业性试验研究[J].辽宁工程技术大学学报:自然科学版,2015,34(7):806-809.doi:10.11956/j.issn. 1008-0562.2015.07.008Xiao Yan.Industrial experiment study on sewage denitrification of workers village in Coal mine[J].Journal of Liaoning Technical University:Natural Science,2015,34(7):806-809. doi:10.11956/j.issn.1008-0562.2015.07.008煤矿工人村生活污水处理脱氮工业性试验研究肖 艳（煤科集团杭州环保研究院有限公司 水处理研究所，浙江 杭州 311201）摘 要：针对临涣煤矿工人村生活污水二级生化处理后氨氮（NH 4-N +）不能满足地方环保排放要求，后续采用同步生物氧化（SBOT ）工艺对其出水进行脱氮工业性试验研究.结果表明，缺氧/好氧(A/O)二级生化处理出水中平均质量浓度CODcr 44.9 mg·L -1、NH 4-N + 37.85mg·L -1、SS 21.74mg·L -1，SBOT 水力停留时间2.88 h 、溶解氧2.5~ 3.0 mg·L -1，最终出水中平均质量浓度为CODcr 14.8 mg·L -1、NH 4-N + 0.85 mg·L -1、SS 4.00 mg·L -1，平均去除率分别为66.9%， 91.55%，81.49%，达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A 标准. 关键词：生活污水；脱氮；深度处理；同步生物氧化；工业性试验中图分类号：X 703 文献标志码：A 文章编号：1008-0562(2015)07-0806-04Industrial experiment study on sewage denitrificationof workers village in Coal mineXIAO Yan(Water treatment department, CCTEG Hangzhou Environmental Research Institute, Hangzhou 311201, China) Abstract: Aimed to the concentration of NH 4-N + not satisfying the requirement of local environmental protection agency, after sewage secondary treatment of workers village at Linhuan colliery, the industrial experiment study was conducted by the consequent process of simultaneous biological oxidation techniques (SBOT) to treat the effluent for denitrification. The results show that the average mass concentrations of CODcr, NH 4-N +, SS in the effluent of anoxic/aerobic (A/O) process are 44.9mg·L -1, 37.85mg·L -1 and 21.74mg·L -1; the hydraulic retention time and dissolved oxygen of SBOT are 2.88h and 2.5~3.0mg/L; the average concentrations of CODcr, NH 4-N +, SS are 14.8 mg·L -1，0.85 mg·L -1，and 4.00 mg·L -1, with the average removal rates of 66.9%, 91.55%, and 81.49%, respectively. Key words: domestic sewage; denitrification, advanced treatment; simultaneous biological oxidation techniques; industrial experiment0 引言随着煤矿区人们生活水平的提高，饮食结构发生改变，煤矿区工人村生活污水氨氮含量较以往大大提高.国家环保“十二五”规划对氨氮提出减排后，地方环保部门对煤矿排污标准要求提高，氨氮[1]超标的煤矿工人村生活污水处理站都面临提标改造.临涣煤矿工人村生活污水处理站始建于2003年，采用缺氧/好氧（A/O ）工艺[2]，“十一五”期间被地方环保部门列为节能减排单位，减排控制指标为COD cr ，由于出水COD cr 不达标，2010年进行改造，增加一套A/O 池，改造后出水CODcr 能够达标，但出水NH 4-N +为22.6~47.3 mg·L -1，不能满足排放要求.采用生物法[3-4]是降低二级出水NH 4-N +最经济有效的方法[5]，常用工艺除了A/O [6]法外，还有曝气生物滤池[7-8]（BAF ）和膜生物反应器[9-10]（MBR ）.A/O 工艺是将碳氧化和硝化分开进行，水力停留时间长，有机负荷低，耐冲击能力差.BAF 工艺运行过程中需要加碱，运行成本高，需要定期反冲洗，运行管理复杂.MBR 运行能耗高，工程投资大，运行管理复杂.针对二级出水水质及现有场地狭小情况，采用同步生物氧化[11-13]（SBOT ）工艺进行工业性试验.第7期 肖 艳：煤矿工人村生活污水处理脱氮工业性试验研究 8071 材料与方法1.1 水质情况临涣煤矿工人村生活污水处理水量为2 000 m 3/d ，原处理采用A/O 工艺，其流程见图1，经过缺氧/好氧处理后，二沉池出水含氮化合物仅部分水完成硝化反硝化，主要成分为NH 4-N +.水质情况见表1.图1 原污水站工艺流程Fig.1 process flow of raw sewage station表1 工人村生活污水水质 Tab.1 water quality of worker’s village指标 COD cr 质量浓度/( mg·L -1) NH 4-N +质量浓度/( mg·L -1)SS 质量浓度/( mg·L -1) pH原水 124~269 37.1~65.8 38.3~57.1 7.3~7.8二沉池出水31.7~49.5 22.6~47.3 15.2~24.6 7.2~7.61.2 实验装置与流程根据临涣矿工人村原生活污水处理站二沉池出水特点，选用同步生物氧化（SBOT ）进行脱氮实验研究.实验流程见图 2.在二沉池后增加两组SBOT 装置，每组4格，总有效容积为240 m 3.内部采用折流式构造，由上至下为上拦截网、生物载体（De-CNitrogen-Ⅱ）、下拦截网、曝气管及集泥区.装置的一端设风机、流量计、进水管、排泥管及放空管，另一端设配电柜及控制系统，进出水量由阀门调节，排泥靠电动阀控制.图2 实验流程Fig.2 process flow of experiment实验分为两个阶段，第一阶段为微生物的驯化与固化阶段，时间为30 d ；第二阶段为运行工艺参数调整控制阶段，时间90 d.实验过程如下：先将池内注满水，加入微生物菌种（MK-Bacter-Ⅱ）100 kg ，闷曝3 d ，调节进水流量为30 m 3/h ，检测出水COD cr 、NH 4-N +及SS ，直至COD cr ≤50 mg/L 、NH 4-N +≤ 5 mg/L ，认为微生物的驯化、固化基本完成.逐步增加进水量至83.3 m 3/h ，调整运行参数，考察各污染物去除效果.1.3 检测方法COD ：哈希DR1010 COD 测试仪；NH 4-N +：哈纳H196733氨氮测定仪；悬浮物（SS ）：重量法.2 结果与讨论2.1 SBOT 系统对各污染物的去除效果实验过程中保持水力停留时间2.88 h ，溶解氧2.5～3.0 mg·L -1，每天早晚各取样一次，平均值作为检测值.（1）对CODcr 的去除效果如图3，检测SBOT 系统进水CODcr 质量浓度为43.15～48.6 mg·L -1，平均44.9 mg·L -1，出水12.35～16.7 mg·L -1，平均14.8 mg·L -1，平均去除率66.9%.图3 系统进出水CODcr 变化 Fig.3 CODcr change of inffluent and effluent由于工人村配套餐饮、洗浴等服务设施较多，生活污水中难降解有机物含量高.经A/O 工艺处理后，可降解有机物得以去除，难降解有机物去除效果不明显.SBOT 系统对难降解有机物去除效果好，主要是因为SBOT 装置中采用的网型宽孔高分子生物载体携带大量氨基、羧基和羟基等活性基团，可与微生物肽链氨基酸残基形成离子键或共价键结合，固化微生物能力强，携带微生物种群丰富.载体曝气二沉池消毒池排放格栅井调节池提升泵污水缺氧池污泥外运污泥池污泥脱水机辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 第34卷808 由内而外形成厌氧、缺氧、好氧的微环境，系统中存在大量好氧、兼性及厌氧菌，提高了有机物去除的广谱性.（2）对NH 4-N +的去除效果对SBOT 进出水NH 4-N +进行检测，结果如图4.进水NH 4-N +质量浓度为33.45～43.7mg·L -1，平均37.85 mg·L -1；出水为0.56~1.03 mg·L -1，平均 0.85 mg·L -1；平均去除率为97.75%，出水NH 4-N +较稳定.NH 4-N +的去除首先要将氨态氮转化为硝态氮，这一过程需要硝化菌的存在.图4 系统进出水NH 4-N +变化Fig.4 NH 4-N + change of inffluent and effluent硝化菌对环境的变化很敏感，且要求很高，传统的生物法要求有机物BOD 质量浓度在20mg/L 以下，pH 值8.0以上，对二沉池出水检测，这两个条件均未满足.可见，微生物菌种（MK-Bacter-Ⅱ）经过培养驯化，已经形成优势硝化菌种，固化在微生物中.SBOT 工艺采用固化微生物的技术，不仅对COD cr 有良好的去除率，且对NH 4-N +有较高的去除率.水中逐格检测出水NH 4-N +，NH 4-N +降低的速率逐渐减小，第1格内NH 4-N +去除率达50%以上，这说明开始时MK-Bacter-Ⅱ菌种降解能力较强，随着时间的推移，营养物质消耗贻尽，导致MK-Bacter-Ⅱ菌种对NH 4-N +的降解能力下降.（3） 对SS 的去除效果污水生化处理过程中产生一定量的生物絮体或污泥，常规处理工艺需要配沉淀或过滤设施.对SBOT 进出水进行检测，进水SS 平均质量浓度18.75～24.3 mg·L -1，平均21.74 mg·L -1；出水3.525～4.61 mg·L -1，平均4.00 mg·L -1；平均81.49%.图5 系统进出水SS 变化 Fig.5 SS change of inffluent and effluentSBOT 池后未设沉淀池或滤池，出水SS 能够降低，是因为生物载体上携带大量微生物（15～ 25 g/L ），食物链长，载体内部的厌氧菌能够降解好氧过程中产生的污泥，剩余污泥量少，水中悬浮物主要是由微生物降解产生生物絮体而致.SBOT 出水设在上端，密集的生物载体有效截留了生物絮体，通过底部排泥斗收集排出，解决了原二沉池出水污泥上浮SS 超标问题.2.2 工业化系统运行效果及成本分析（1）工业化系统运行效果系统连续运行90 d ，出水NH 4-N +始终小于 2.0 mg·L -1，COD cr 小于20 mg·L -1，SS 小于10 mg·L -1，达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A 要求.表2 改造后出水水质Tab.2 effluent quality after transformation指标 COD cr 质量浓度/(mg·L -1)NH 4-N 质量浓度/(mg·L -1) SS 质量浓度/(mg·L -1)pH调节池 187 58.5 41.3 7.72 二沉池出水 44.9 37.85 21.74 7.56 SBOT 出水14.8 0.85 4.00 7.31（2）运行成本及效益分析从运行成本，对CODcr 、NH 4-N +和SS 去除效果几个方面对改造后（A/O+SBOT 工艺）和改造前（A/O 工艺）作了对比分析，见表3.表3 改造前后对比分析Tab.3 comparation of before and after transformation工艺 运行成本/(元·吨-1)COD cr 去除率/% NH 4-N + 去除率/% SS 去除率/%改造前0.33 75.99 35.30 47.36 改造后0.45 92.09 98.55 90.31从表3可以看出，采用A/O+SBOT 工艺改造后较改造前A/O 工艺吨水增加运行成本0.12元，每年增加运行费用8.76万元，但COD cr 、NH 4-N +和SS 去除率大大提高，每年可减少COD cr 排放22.0 t ，NH 3-N 排放27.0 t ，减少SS 排放13.0 t.3 结论（1）通过实验，SBOT 装置水力停留时间 2.88 h ，溶解氧2.55～3.0mg·L -1时，出水各污染物平均质量浓度为CODcr 14.8 mg·L -1，NH 3-N 0.85 mg·L -1，SS 4.00 mg·L -1；相应的平均去除率为：66.9%，91.55%，81.49%.（2）经过3个月的稳定运行，出水CODcr 、第7期肖艳：煤矿工人村生活污水处理脱氮工业性试验研究809NH3-N及SS均能够满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A要求.（3）改造后仅增加运行成本0.12元/t，每年可减少COD cr、NH3-N及SS污染物排放量62.0 t，环境、社会效益显著.（4）SBOT工艺后续无需设沉淀池或滤池，工艺简单，水力停留时间短，占地面积省，能够同时去除COD cr、NH3-N及SS，本工业性试验可为煤矿区生活污水和小城镇生活污水处理站改造提供技术支持.参考文献：[1] 何则芝.高氨氮、低碳氮比生活污水处理中的问题及解决方法[J].能源与环境,2009(3):94-96.He Zezhi.The treatment problems and Solutions of High nitrogen,low carbon-nitrogen ratio sewage[J].Energy and Environment,2009(3):94-96. [2] 叶正芳,倪晋仁,李彦锋,等.污水高效处理和资源化的固定化微生物技术研究[J].应用基础与工程科学学报,2002,10(4):332-337.Ye Zhengfang,Ni Jinren,Li Yanfeng,et al.Application of immobilized microorganisms in efficient wastewater treatment and reuse[J].Journal of Basic Science and Engineering,2002,10(4):332-337.[3] Than Khin,Ajit P Annachhatre.Novel Microbial Nitrogen RemovalProcesses[J]. Biotechnology Advances,2004,22:519-532.[4] Chung C M,Cho K W,Kim Y J,et al.Enhanced biological nitrogenremoval in MLE combined with post-denitrification process and EF clarifier[J].Bioprocess Biosyst Eng,2012,35(4):503-511.[5] 李喜林,刘玲,江富,等.高锰酸钾和混凝剂联用处理微污染水源水试验[J].辽宁工程技术大学学报:自然科学版,2013,32(3):349-352.Li Xilin,Liu Ling,Jiang Fu,et al.Study on treating slightly-polluted water with potassium permanganate and coagulation[J].Journal of Liaoning Technical University:Natural Science,2013,32(3):349-352.[6] 李宁,王欣.MUCT工艺在厂区生活污水处理中的应用.辽宁工程技术大学学报:自然科学版,2011,30(06):896-899.Li Ning,Wang Xin.Engineering example of treating domestic sewage by MUCT process[J].Journal of Liaoning Technical University:NaturalScience,2011,30(6):896-899.[7] 齐兵强,王占生.曝气生物滤池在污水处理中的应用[J].给水排水,2000(10):4-8.Qi Bingqiang,Wang Zhansheng.Application of Biological Aerated Filter in Wastewater Treatment[J].Water and Wastewater Engineering. 2000(10):4-8. [8] 王靖雯,徐洪斌,马浩亮.曝气生物滤池脱氮技术的研究进展[J].工业水处理,2014(6):1-5.Wang Jingwen,Xu Hongbin,Ma Haoliang.Research progress in the denitrification technique in biological aerated filter[J].Industrial Water Treatment,2014(6):1-5.[9] 张全忠,韩春梅.膜生物反应器的应用现状及存在的问题[J].环境科学与管理,2005(4):42-43,46.Zhang Quanzhong,Han Chunmei.Membrane Bioreactor(MBR)’s Present Condition and Existing Problems[J].Environmental Science and Management,2005(4):42-43,46.[10] 陈谊,孙宝盛,张斌,等.不同MBR反应器中硝化菌群落结构的研究[J].中国环境科学,2010,30(1):69-75.Chen Yi,Sun Baosheng,Zhang Bin,et al.Nitrifying bacteria structure community of different MBR reactor[J].China Environmental Science, 2010,30(1):69-75.[11] 高亮,周如禄.煤矿生活污水处理设备和处理方法:中国,201110280373.5[P].2012-01-11.Gao Liang,Zhou Rulu.The equipment and method of coal mine sewage treatment:China,201110280373.5[P].2012-01-11.[12] 周如禄,郭中权,杨建超.生活污水深度处理后作电厂循环冷却水试验研究[J].中国矿业大学学报,2013,42(1):152-156.Zhou Rulu,Guo Zhongquan,Yang Jianchao.Experimental study on advanced treatment of domestic sewage used as recirculating cooling water of a power plant:a case study of Dongtan mine[J].Journal of China University of Mining and Technalogy,2013,42(1):152-156. [13] 程功林,高亮,陈永春,等.煤矿工业广场生活污水再生利用试验研究[J].水处理技术,2013,39(3):88-90.Cheng Gonglin,Gao Liang,Chen Yongchun,et al.Experimental study on the reuse of domestic sewage from industrial square of a coal mine[J].Technology of Water Treatment,2013,39(3):88-90.。