山西朔州華電污水處理廠應(yīng)用納米零價鐵生化促進劑階段性使用報告

1.朔州華電污水處理廠概況

1.1朔州華電污水處理廠概況

朔州華電污水處理廠位于朔州市朔城區(qū)賈莊鄉(xiāng)太平窯村東北，處理設(shè)計規(guī)模6萬噸/日，實際日處理水量5.3萬噸左右，污水以生活污水為主，主要工藝采用“改良型A/A/O+MBR+磁絮凝澄清池+深床濾池”工藝，周進周出式二沉池，污泥處理主要采用機械式壓縮和高壓板框壓濾，處理泥餅含水率低于60%外運處理。

1.2加藥前污水廠運行的情況及存在的問題

污水廠各工段運行正常，出水指標滿足排放標準，目前主要面臨進水量波動大所造成的二沉池跑泥問題。由于沒有進水調(diào)節(jié)池，每天進水有規(guī)律性的波動，早上9點之前進水量較小，在1800m³/h左右，9點過后水量開始增加，兩小時左右可增加水量近1000m³/h，受水力沖擊的影響二沉池進水激增，泥位迅速上升最終出現(xiàn)泥位快速上升，甚至出現(xiàn)二沉池跑泥現(xiàn)象，這一現(xiàn)象在冬季尤為突出。

以往該污水廠采取兩種措施緩解泥位上漲：一是在二沉池進水口人工投加固體聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺；二是減小二沉池進水量。這兩種方法能一定程度上緩解二沉池跑泥現(xiàn)象，但弊端明顯且無法從根本上解決問題。首先，大量投加固體聚合氯化鋁會產(chǎn)生大量化學(xué)污泥，造成化學(xué)污泥在生化系統(tǒng)快速大量累積，增加剩余污泥量和污泥處理成本；其次，受現(xiàn)場條件限制聚丙烯酰胺以固體形式直接投加到二沉池，大部分聚丙烯酰胺無法溶解發(fā)揮作用，影響后續(xù)污泥脫水，且聚丙烯酰胺具有殺菌和微生物生長抑制的作用，長時間使用會對整個生化系統(tǒng)造成不利影響；第三，減小二沉池進水導(dǎo)致前端生化系統(tǒng)水位上漲高負荷運行，只能在短時間內(nèi)維持，二沉池進水增加后跑泥問題依然得不到解決。

因此，有必要采取更好的辦法解決上述問題。

2.投加納米零價鐵生化促進劑的目的

2.1控制二沉池泥位，保證生化系統(tǒng)正常運行

納米零價鐵生化促進劑以納米零價鐵為基礎(chǔ)，形成磁性核，更容易使污泥凝聚，進而增強絮體強度解決污泥松散、膨脹等問題，有效改善污泥沉降性、控制SVI指數(shù)、穩(wěn)定二沉池泥位。同時，活性污泥絮體強度增加、顆粒變大，吸附能力增強，為微生物的生長提供良好生存環(huán)境，可以減小出水COD、總氮、總磷、SS等指標，保證生化系統(tǒng)正常運行。納米零價鐵生化促進劑投加在二沉池進口，不需要強烈的攪拌反應(yīng)，同時基本不產(chǎn)生附加的污泥；由于改善了污泥的沉降性能，使得二沉池排泥濃度提高，改善了系統(tǒng)的回流、排泥和脫泥的效率。

現(xiàn)場小試情況：

 

現(xiàn)場做30分鐘沉降比實驗，通過現(xiàn)場照片可以看到添加20ppm的促進劑可以增加15%的沉降比。為降低使用成本，改良促進劑降低了脫除總氮的效能但沉降效果依然明顯。

2.2觀察納米零價鐵在脫除總氮方面的效果，為提標做準備

納米零價鐵生化促進劑除高效改善污泥沉降性能外，還可以提高反硝化系統(tǒng)的脫氮能力。反硝化過程就是將硝酸鹽（NO₃^-）中的+5價氮還原為0價氮（N₂）釋放到空氣中的過程，在此過程中氮被還原，需要大量自由電子；而納米零價鐵生化促進劑中的零價鐵具備強還原性，是十分良好的電子供體，進而提高反硝化系統(tǒng)的脫氮能力，因為納米零價鐵巨大比表面積，使得該過程能迅速高效的進行。

反硝化總反應(yīng)過程如下：

 

分4步反應(yīng)如下：

  

 

 

零價鐵提供電子過程：

 

通過化學(xué)方程式可以看到，氮被還原的過程除需要大量電子外還需要大量游離態(tài)H⁺，在傳統(tǒng)的生化系統(tǒng)中，反硝化過程中電子和游離態(tài)氫離子由碳源提供，而納米零價鐵生化促進劑中的一部分零價鐵在還原過程中提供電子的同時，與水分子電離產(chǎn)生的OH^-結(jié)合生成絡(luò)合物促使水中游離態(tài)H⁺增加，可以為反硝化提供所需要的H⁺，納米零價鐵生化促進劑在提高反硝化能力的同時可以減少碳源的使用，而且用量少污泥產(chǎn)量小，可以降低污水處理綜合成本。

3.投加納米零價鐵生化促進劑的運行情況

為保證污水廠在冬季的安全穩(wěn)定運行，朔州華電污水處理廠從2020年12月18日開始投加我們提供的納米零價鐵生化促進劑（現(xiàn)場稱為納米助沉劑），取得了良好的效果。我們對污水廠提供的2020年12月1日至2021年1月17日的各項出水指標數(shù)據(jù)進行了較為詳細的分析（出水是經(jīng)過磁絮凝和深床濾池之后的）。2020年12月22日至2021年1月17日投加納米零價鐵生化促進劑，該時段共計處理污水量154萬噸，共計投加納米零價鐵生化促進劑50噸，平均加藥量約為30ppm。

3.1投加前的運行情況

使用納米零價鐵生化促進劑前各項進出水指標如下所示：

表3-1加藥前進出水指標（平均值）

指標	進水（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

 

 

圖3-1總氮進出水（mg/L）

通過表3-1和圖3-1可以看到：各項出水指標均值滿足排放要求，系統(tǒng)運行正常，出水總氮15mg/L左右。

3.2投加期間的運行情況

使用納米零價鐵生化促進劑后的各項出水指標如下所示：

 

表3-2加藥后進出水指標（平均值）

指標	進水（mg/L）	平均出水（mg/L）
COD	350	25
TN	60	9.4
NH3-N	46	1.25
TP	49	0.21

 

 

表3-2加藥后進出水總氮（mg/L）

 

3-3進出水總氮對比圖（mg/L）

對比表3-1和表3-2：進水COD均值由加藥前的391mg/L減小為350mg/L，進水總氮均值由55.8mg/L增加到60mg/L，其他指標波動不大。出水指標總氮均值由14.8mg/L減小到9.4mg/L，其他指標變化不大。

通過圖3-2可以看到，使用促進劑后出水總氮基本在10mg/L以下。

觀察圖3-3可以看到，在使用促進劑后系統(tǒng)對總氮的去除量由原來的41mg/L增加到50.6mg/L，結(jié)果表明納米零價鐵生化促進劑可以起到去除總氮的效果，朔州華電污水處理廠在使用30ppm投加量的情況下可以提高系統(tǒng)去除9.4mg/L的總氮。

4.結(jié)果討論

4.1納米零價鐵控制泥位

納米零價鐵生化促進劑解決了受水量沖擊造成的二沉池跑泥問題，可以有效控制二沉池泥位，現(xiàn)場無需再投加固體聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺。

4.2納米零價鐵促進脫除總氮

納米零價鐵生化促進劑中零價鐵為反硝化提供電子，提高反硝化速率，促進總氮的脫除。沒有外加碳源的情況下，30ppm投加量可以提高系統(tǒng)9.4mg/L總氮的去除，在進水總氮60mg/L的情況下出水可以達到總氮小于10mg/L的地表A排放標準。需要指出的是該時段是一年中氣溫最低的階段，在其他時段，情況可能會更好。

4.3納米零價鐵對生化系統(tǒng)的整體促進

納米零價鐵生化促進劑提高活性污泥的凝聚沉降能力，改變污泥形態(tài)、提高污泥沉降比、解決污泥膨脹，維持SVI指數(shù)在合理區(qū)間。同時，改善微生物生存環(huán)境，增加對COD、總磷，尤其是總氮的去除，對整個生化系統(tǒng)的良性運行起到促進作用。