河道斷面氨氮去除及水質提升處理工藝技術應用

文_何結 黃德峰 吳紅斌

1 上海博丹環境工程技術股份有限公司 2 溫州市生態環境促進中心

國務院頒布的《水污染防治行動計劃》提出“到2020年，地級及以上城市建成區黑臭水體均控制在10%以內，到2030年，城市建成區黑臭水體總體得到消除”的控制性目標。城市黑臭水體整治已經成為地方各級人民政府改善城市人居環境工作的重要內容。

目前黑臭水體治理的方法很多，大多是將生活污水的處理方法應用于河道處理，同時在消除黑臭后對河道實施生態修復手段，恢復及提高河道自凈能力，維持河道生態平衡。

本項目為應急處理項目，旨在河道周邊截污納管未完全的工況下，通過應急處理設備，保障河道斷面穩定達標。

1 項目概況

本項目選取城南河西支的一條上游河流的雨山西路至回春橋段，本段河道長度約500m，平均河道寬度3m。

本實驗段主要收納水體為上游的溪水及河道附近生活區排放的生活污水，針對水體中的氨氮指標采取快速有效的治理方法將河道水體的氨氮指標降低40%以上，并在條件允許的情況下，進一步提高氨氮的去除效果。

降水少和上游各類原因會造成最小流量小于500m3/d，而降雨充沛時，流量可能達20000m3/d以上，且帶入大量泥沙。

根據現場取樣檢測結果，確定裝置處理規模：1000～3000m3/d。河水經處理后氨氮指標降低40%以上，且設備出水氨氮≤2mg/L。

2 工藝介紹

2.1 實驗裝置工藝選擇

目前，國內外城市黑臭水體整治技術主要有人工曝氣、底泥疏浚、化學沉淀和生態修復等。磁分離技術以強磁吸附取代普通重力沉降，大大提高污染物去除效率，縮短水力停留時間，逐漸在黑臭水體治理方面得到應用；但單一磁分離技術對可溶性污染物去除效果不穩定，曝氣生物濾池能形成獨立除碳、硝化、反硝化單元，有效去除水中有機物和氨氮； 2種工藝組合能充分發揮各自優勢，提高系統污染物去除率，改善水質。同時有研究表明，沸石處理20～30mg/L的中低濃度含氨氮水體時，經濟性較好，而處理高濃度氨氮水體時，運行成本比生物法、沉淀法等要高。

結合目前已完成的類似項目和對現場情況的分析。本項目河道主要起行洪功能，常規的河道內原位處理處置工藝并不適用于本河道，且本實驗項目周期短、工期緊，綜合考慮確定沸石氨吸附處理工藝和氨氧化工程菌曝氣濾池工藝。

本實驗旨在通過以上兩套工藝流程的對比實驗，確定后期類似工況下河道水處理設備主要工藝選用及設計參數的確定。

2.2 實驗裝置工藝說明

2.2.1 沸石氨吸附處理工藝

跌水壩上游河水經提升泵至河水預處理過濾裝置，各類懸浮物在此去除，以防止堵塞后續處理裝置；過濾裝置出水進入沸石氨吸附罐，在專用吸附劑的作用下，水中的氨氮轉移至吸附劑表面。河水經過吸附處理后氨氮濃度大幅度降低排入跌水壩下游的河道中，隨著河水的推流，氨氮濃度較低的水體不斷向下游擴散，最終達到降低城南河主河道氨氮濃度的目的。

裝置內吸附飽和的填料，在再生劑的作用下，吸附在填料表面的高濃度氨氮轉移至再生液中，再生液濃度大幅度上升，吸附劑重新具有吸附容量，進入下一周期的吸附操作。

含有高濃度氨氮的再生劑，在強氧化劑的作用下，氨氮被分解為氮氣，排入大氣中。再生液在補充適量的藥劑后，再次重復使用。

2.2.2 氨氧化工程菌曝氣濾池工藝

經提升過濾處理后的河水進入氨氧化工程菌曝氣濾池，在單獨培養馴化的工程菌和高氧條件下，固定于載體的工程菌將水中的氨氮直接氧化為硝酸鹽類物質，以此達到降低氨氮濃度的目的。經過曝氣濾池處理后的河水，排入跌水壩下游河道，不斷地對下游河水中的氨氮進行稀釋。

由于本項目具有實驗性質，在實施過程中，將對2種處理工藝進行綜合比較，力求通過項目的實施，取得各類綜合實驗數據，為后續的大規模工程應用提供設計依據。

3 運行數據分析

2019年4月13日～5月12日運行期間，本項目沸石氨吸附處理工藝對氨氮的平均處理效率為96.62%，氨氧化工程菌曝氣濾池工藝對氨氮的平均處理效率為91.34%。運行期間，氨吸附處理工藝出口氨氮的最大日均濃度值為0.55mg/L，氨氧化工程菌曝氣濾池工藝出口氨氮的最大日均濃度值為1.96mg/L（4月16日出水數值），沸石氨吸附處理工藝運行結果符合設計要求，氨氧化工程菌曝氣濾池工藝運行結果有一組符合設計要求。分析由于系統初運行，且前兩日天進水氨氮值較高（12.37mg/L），對濾池內菌種造成沖擊。所有監測結果均符合設計要求。

4 結論及原因

本次實驗曝氣生物濾池經調試后，在設計平均濾速為2.17m/h，氨氮負荷為0.3kg/m3·d，空床水力停留時間為1.2h的工況下，出水水質穩定達標。該設計參數滿足《曝氣生物濾池工程技術規程》（CECS265:2009）設計規范中“精處理曝氣生物濾池”的硝化負荷范圍下限值，濾速及空床水力停留時間均大于規范值。

分析原因：王舜和等認為，曝氣生物濾池（BAF）屬于活性污泥法和濾池的結合，因此負荷和濾速都是其重要的設計參數，在設計中應盡可能同時滿足兩參數的要求，結合本次實驗分析，在曝氣生物濾池設計中，空床水力停留時間也是BAF設計的重要參數之一，由于河道水本身污染物負荷較低，應適當延長空床水力停留時間，設計時應同時滿足負荷、濾速、空床水力停留時間三個設計參數。

5 分析與展望

汪勝等人進行的中試實驗結果表明:利用生物沸石作為濾料去除污染水源水中的氨氮、亞硝酸鹽氮、CODmn、濁度、色度、鐵和錳等在技術上是可行的。本次中試現場實驗期間驗證了沸石氨吸附工藝對河道低濃度氨氮的去除有較高的去除效果。但就綜合性能與運行成本來看，推薦使用曝氣生物濾池作為河道斷面氨氮水質達標的處理工藝。

沸石吸附再生需要用到的氯化鈉與強氧化劑，有殘留入河的風險，實際運用中需注意避免。

曝氣生物濾池在冬季運行時，處理效率因為氣溫等原因，效果會有影響，在實際工程應用中可結合沸石吸附工藝協同使用。

目前采用“截污控源+內源治理+生態修復”，多管齊下改善河道水質，恢復水體生態系統的治理思路得到共識，但難免存在由于老城區規劃不完善、改造難度大、周期長等問題，可采用污水處理工藝設備進行體外處理，將受污染的水體經過處理設施達標后回灌河道，作為清潔水水源，且設計時可考慮在河道下游取水處理，達標后回灌至河道上游，使水體流動起來，真正做到“問渠哪得清如許，唯有源頭清水來”。