磁混凝+反硝化滤池用于高磷工业废水处理

黄珊珊

广西北投环保水务集团有限公司，广西南宁， 530029

摘要：将磁混凝沉淀+反硝化深床滤池等工艺应用于广西沿海某地工业污水处理厂处理高磷废水，进水总磷含量高于20mg·L^-1。出水水质稳定达到并优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准。

关键词：磁混凝沉淀池；反硝化深床滤池；除磷

1. 工程背景

广西沿海某地工业园区主要产业为海产品加工，海产品加工使用含磷药剂，排放废水含磷较高，工业废水与该地生活污水混合后由原污水厂处理，由于进水含磷过高，经现有污水厂处理后无法达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准。因此在现有污水厂旁新建工业污水厂，单独处理高磷工业废水。

2. 设计水质

新建污水厂设计处理规模为5000m³/d，工业废水经处理后水质需满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准。设计进水水质依据污水厂2020年进水水质监测数据统计值保证率确定，如表1所示。

表1：设计进、出水水质

Tab.1 Design influent and effluent quality

项目	BOD5	CODCr	SS	TN	NH3-N	TP
设计进水水质（mg·L-1）	120	500	200	45	35	20
设计出水水质（mg·L-1）	≤10	≤50	≤10	15	≤5（低温8）	≤0.5

3. 主要工艺选择

3.1 预处理工艺选择

根据进水水质监测，部分时间段进水BOD/COD仅为0.16，污水可生化性差，同时工业废水的水质水量随生产需求不断变化。故需设置水解酸化池，降低进入生化处理构筑物的污染物负荷，提高污水的可生化性，调节水质水量，提高抗有机负荷冲击能力^[1]。

3.2 二级生物处理工艺选择

在本工程工艺设计时，首先重点考虑脱氮除磷对于碳源的有效利用，在此基础上，采用污泥负荷相对较低的生物池，保证提供足够的充氧量，使活性微生物充分吸附、代谢，以强化二级处理的效果，保证出水BOD₅稳定达标。故本设计选择改良型AAO作为生物处理工艺。水解酸化池出水按照比例分配到厌氧区及生物选择区，外回流污泥回流至生物选择区进行反硝化反应，使溶解氧及硝态氮得到去除。

3.3 三级深度处理工艺选择

深度处理主要去除二级处理中未能被生物处理的磷和硝态氮。仅依靠二级生物处理，出水TP和TN要达到设计目标有一定难度，故需增加化学除磷工艺及反硝化滤池。考虑到前置除磷可能会导致后续生物处理时碳磷比例失调，生物性受到破坏^[2]；同步除磷如投加过量PAC则通过污泥回流易抑制厌氧释磷作用和缺氧/好氧摄磷作用^[3]，故本项目采用后置除磷，同时设置同步除磷设备，只有当进水总磷超过25mg/l的情况下，采用同步除磷作为应急措施。后置除磷选用磁混凝高效沉淀池。磁混凝高效沉淀池具有占地面积小、停留时间短、高效的设备集成、可模块化、最优情况下TP低至0.05mg/l、浊度小于1NTU的极佳出水效果^[4]。二级生物处理及化学除磷过后，出水TN尚不能满足要求，故设置反硝化深床滤池并辅以乙酸钠作为碳源进一步去除TN^[5]，反硝化深床滤池系统中的微生物能在兼性无氧的条件下将污水中的硝态氮转化成氨气，投加碳源后，滤池将截留其中的SS，在滤料上附着生长的反硝化菌进行反硝化脱氮去除污水中的氮含量。反硝化深床滤池滤床有足够的水质保护深度，避免水质击穿，即使前段处理工艺发生污泥膨胀或异常情况也不会使滤床发生水力穿透，保障出水水质稳定。

3.4 工艺流程

综上所述，新建污水厂工艺流程为曝气沉砂+水解酸化+改良AAO+二沉池+磁混凝高效沉淀池+反硝化深床滤池+紫外线消毒渠，详见图1。

图1 污水处理工艺流程

Fig.1 Flow chart of wastewater treatment process

4、主要工艺设计

4.1 水解酸化池

采用上流式耦合水解反应池，尺寸为31.9m×11.9m×5.6m，池体分为5格，有效水深5m，总停留时间8.0h，上升流速0.62m/h。主要设备有立体弹性填料1176m³；污泥泵2台（一用一备）Q=35m³/h，H=10m，N=3.0kW。

4.2改良型AAO

设计AAO池两座，单座尺寸32.6m×10.2m×5.9m。设计污泥浓度MLSS=3000mg/L，VSS/MLSS=0.60，总污泥负荷为0.12kgBOD

₅/(kgMLSS·d)；污泥龄14d。生物选择区、厌氧区、缺氧区、好氧区水力停留时间分别为0.99h、1.94h、2.98h、9.3h；总停留时间为15.21h；池内有效水深5.1m；污泥外回流比R=100%；混合液内回流比R=200%~300%；单池实际需氧量514.0kg/d；最大供气量10.25m³/min。

主要设备：微孔曝气头480个；潜水搅拌器16台；混合液回流泵（变频调速）4台(各组一用一备），H=0.7m，N=1.5kW。

4.3 磁混凝高效沉淀池

设计磁混凝高效沉淀池1座，平面尺寸为13.6m×11.3m×12.0m，池体分为2格。第一格混凝池投加聚合氯化铝，第二格磁介质混合池投加磁粉，第三格絮凝池内投加高分子助凝剂PAM，详见图2。快速混合区、磁介质混合区、絮凝反应区平均水力停留时间分别为1.64min、1.64min、4.08min；磁介质回收率99%；高效沉淀区平均流量表面水力负荷6.31m³/㎡·h，峰值流量表面水力负荷7.57m³/㎡·h。为增加PAC、磁粉与污染物的碰撞机会，快速混合区和磁介质混合区宜采用250r/min的搅拌速度；为避免将絮凝反应区内产生的矾花击碎，絮凝反应区推荐采用80r/min的搅拌速度。

图2 磁混凝高效沉淀池示意图

Fig.2 Schematic diagram of the magnetic coagulation and sedimentation tank

4.4 反硝化深床滤池

磁混凝高效沉淀池出水进入反硝化深床滤池，反硝化滤池的功能包括：1、去除水中悬浮物SS；2、反硝化脱氮；3、进一步过滤去除TP。

池体尺寸为18.15m×14.3m×8.0m，池体分为3格。平均流速4.79m/s；平均水量空床停留时间22.93min。

主要设备材料：粒径2mm~3mm深床石英砂滤料39m³；粒径3mm~38mm承托层卵石29m³；反冲洗风机两台，风量21.75m³/min，H=7m，N=45kW；回流水泵两台，Q=208m³/h，H=4m，N=7.5kW；反冲洗水泵两台，Q=220m³/h，H=12m，N=11kW。

5、运行效果

该厂于2021年5月完成竣工验收，调试运行后出水水质稳定，均达到甚至优于设计标准。2021年实际进、出水水质见下表2：

表2 2021年实际进、出水水质

Tab.2 Actual influent and effluent quality in 2021 mg·L^-l

时间	BOD5		CODcr		SS		TN		NH3-N		TP
	进水	出水	进水	出水	进水	出水	进水	出水	进水	出水	进水	出水
6月	118	3	380	10	156	1.7	21.51	5.16	20.1	0.04	14.31	0.21
7月	51	4	284	6	112	1.8	18.02	4.36	17.4	0.03	17.52	0.33
8月	62.5	2	329	7	136	1.9	18.03	4.55	17.7	0.04	18.71	0.28
9月	173	5	345	5	140	1.9	21.74	5.32	20.7	0.05	22.54	0.36
10月	188	4	448	6	187	2.0	23.43	6.11	23.1	0.06	18.13	0.28
11月	105	2	403	5	165	1.8	20.73	5.51	20.1	0.04	21.72	0.29
12月	210	6	552	7	212	2.3	23.10	6.02	15.0	0.03	23.11	0.35

进水的TN浓度为18.02mg/L~23.10mg/L,平均出水TN浓度为5.29mg/L,平均去除率为74.7%，结合非常高的氨氮去除率（99.8%）可知，该系统具有良好的硝化作用及反硝化作用。进水TP浓度处于较高水平，在14.35mg/L~23.11mg/L,平均出水TP浓度为0.3mg/L,平均去除率为98.5%，除磷效果良好。

6、运行成本分析

本项目新建工业污水厂运行费用主要为电费、人工费（包含维修）、污泥处置费及药剂费。其中人工费为0.89元/m³，电费为1.03元/m³，污泥处置费为0.24元/m³；所用药剂主要为液态PAC（10%）、PAM、乙酸钠、磁粉，投加量分别为514mg/l、2.2mg/l、76mg/l、5mg/l，药剂投加总成本为1.53元/m³。故实际运营成本约为3.7元/m³。

其中磁混凝高效沉淀池电耗为0.027kW·h，主要耗电单元为搅拌机、污泥泵和磁粉分离回收系统。在TP去除中Al/P的物质的量之比为1.4，低于常规化学除磷工艺中Al/P物质的量之比2.0^[4]，对PAC药剂的节省是可观的。

7、结语

针对可生化性较差的高磷废水采用水解酸化+改良型AAO+磁混凝高效沉淀+反硝化滤池组合处理工艺，实际出水能够满足设计要求且稳定。通过项目的实施能保障生态环境的稳定和可持续发展也能满足该地工业园区的生产发展需要。

参考文献

1. 尤鑫, 万年红, 雷培树,等. EBOTM升流式水解酸化池用于印染废水处理[J]. 中国给水排水, 2021, 37(10):4.

2. 赵恩海, 朱文亭. 我国污水处理的发展趋势. 城市环境与城市生态, 2000, 13( 4): 39～ 41.

3. 左艳兵, 杨春平, 曾光明,等. 同步沉淀除磷在污水生物处理中的应用[J]. 工业水处理, 2008, 28(3):5.

4. 黑国翔. CoMag磁混凝工艺在一级A提标改造中的应用[J]. 中国给水排水, 2011, 27(22):3.

5. 郑晓英，乔露露，王慰，等．碳源对反硝化生物滤池运行及微生物种群的影响［J］．环境工程学报，2018，12( 5) : 1434－1442.