污水廠提標(biāo)改造中的反硝化濾池工程設(shè)計與調(diào)試

王　濤

（凱發(fā)水處理環(huán)保運營管理（上海）有限公司上海200127）

污水廠提標(biāo)改造中的反硝化濾池工程設(shè)計與調(diào)試

王濤

（凱發(fā)水處理環(huán)保運營管理（上海）有限公司上海200127）

隨著國家對污水廠處理廠排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，現(xiàn)有污水處理廠的提標(biāo)改造迫在眉睫，而提標(biāo)改造中普遍遇到的難題是總氮的達(dá)標(biāo)，同時，在總氮達(dá)標(biāo)的情況下，如何以最經(jīng)濟(jì)的方式實現(xiàn)其它指標(biāo)也同步達(dá)標(biāo)。本文通過某污水處理廠的提標(biāo)改造工程設(shè)計和調(diào)試分析來介紹一種能夠綜合實現(xiàn)提標(biāo)改造各項指標(biāo)達(dá)標(biāo)的工藝。

提標(biāo)改造；反硝化濾池；碳源；總氮

1　項目背景

天津某污水處理廠于上世紀(jì)末建成投產(chǎn),設(shè)計處理能力10× 104t/d，采用SBR改良工藝，出水水質(zhì)達(dá)到國家二級排放標(biāo)準(zhǔn)。隨著國家與地方環(huán)保部門對排放要求的提高，2009年，污水處理廠開始進(jìn)行升級改造，排放標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB18918-2002一級B標(biāo)準(zhǔn)（以下簡稱一級B標(biāo)準(zhǔn)）。

原工藝對COD和氨氮的去除效果非常好，已經(jīng)達(dá)到了一級B標(biāo)準(zhǔn)的要求。由于原設(shè)計工藝沒有明顯的缺氧段和厭氧段，因此原工藝不具備生物脫氮、除磷功能。因此，此次提標(biāo)改造的主要難點在于確保TN和TP達(dá)標(biāo)。

2　提標(biāo)改造方案的確定

本次提標(biāo)改造工程優(yōu)先考慮:（1）保證原SBR處理效果，不進(jìn)行大規(guī)模土建工程建設(shè)（2）利用原先閑置的反應(yīng)沉淀池，改造成具備脫氮、除磷能力的處理設(shè)施。

經(jīng)反復(fù)論證和中試試驗，STS公司的深床反硝化濾池能夠很好的滿足此次提標(biāo)改造的要求。深床反硝化濾池是集生物脫氮及過濾功能合二為一的處理單元。1969年面世，現(xiàn)今在全世界有數(shù)百個正常運行的工程案例。

3　反硝化濾池工程設(shè)計

設(shè)計規(guī)模：10×104t/d

表1　設(shè)計進(jìn)、出水水質(zhì)

設(shè)計濾速：5.6 m/h

設(shè)計NO3-N的容積負(fù)荷：1.46kgNO3-N/m3·d

4　反硝化濾池調(diào)試效果及成本分析

本工程調(diào)試運行先后經(jīng)歷了三種工況：一為直接過濾，不投加任何藥劑，主要目的為去除SS；二為投加絮凝劑，可以稱之為微絮凝過濾，主要目的是實現(xiàn)微絮凝過濾，同時去除SS和TP；三為投加碳源、絮凝劑，主要目的是同時實現(xiàn)脫氮、除磷和去除SS的功能。整體調(diào)試過程中污水廠進(jìn)、出水水質(zhì)如表2。

表2　整體調(diào)試過程中污水廠進(jìn)、出水水質(zhì)情況

從表2可以看出，（1）該污水處理廠SBR工藝運行情況良好，特別是硝化過程，出水NH3-N很低；（2）上述6項指標(biāo)均達(dá)到一級B標(biāo)準(zhǔn)，除TP外，其它指標(biāo)已達(dá)到一級A標(biāo)準(zhǔn)。本工程最重要難點在于反硝化過程的實現(xiàn)，其中分為反硝化細(xì)菌的培養(yǎng)以及碳源的選擇和投加。下文將重點對此進(jìn)行討論描述。

4.1反硝化細(xì)菌的培養(yǎng)

如上文所述，本項目調(diào)試運行的第一階段為直接過濾，經(jīng)過一段時間的運行，濾料表面生長了大量的生物膜，從這個階段的監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，總氮無明顯降低。很明顯，這階段反硝化細(xì)菌沒有得到培養(yǎng)。隨后，現(xiàn)場開始投加冰醋酸作為碳源進(jìn)行反硝化菌的培養(yǎng)。我們從各項綜合指標(biāo)來全面分析系統(tǒng)的發(fā)展情況。

4.1.1出水COD的變化

圖1　出水COD的變化

從上述曲線可以看出，投加碳源（冰醋酸）后出水COD呈現(xiàn)立即上升，高達(dá)51.8mg/L,增加了超過20mg/L。原因分析可能為濾池內(nèi)累積的大量生物膜由于活性差，并不具備COD去除功能，投加的碳源隨水流出，導(dǎo)致出水COD增加。但隨后第二天開始立即下降，并在接下來幾天內(nèi)持續(xù)下降。原因分析是濾池內(nèi)的大量生物膜逐漸恢復(fù)活性，具備COD去除功能，同時反硝化菌的培養(yǎng)發(fā)揮作用，發(fā)生反硝化功能后消耗了部分COD。

4.1.2出水TN的變化

圖2　出水TN的變化

從上述曲線來看，當(dāng)投加碳源后10天開始出水TN開始下降，可以認(rèn)為反硝化菌培養(yǎng)成熟，形成優(yōu)勢菌種，開始發(fā)揮脫氮功能。投加碳源13天后出水TN達(dá)到相對穩(wěn)定的較低狀況。

4.1.3總體評價反硝化濾池在投加碳源后的水質(zhì)情況：（1）COD出水沒有發(fā)生明顯變化，與直接過濾及微絮凝過濾基本一致；（2）TN出水控制在10mg/L以下，反硝化去除率約為30%～70%，明顯好于未投加碳源前的情況；（3）由于濾池作用，相比較濾池投運前，出水SS明顯下降，但三種工作效果基本一致。

4.2碳源選擇與成本分析

4.2.1碳源的選擇

根據(jù)生物反硝化原理，碳源是反硝化的必要條件之一，而碳源提供碳的有效能力直接將影響反硝化的實際效果，所以，碳源的選擇非常重要。

目前在污水處理行業(yè)廣泛使用的碳源一般有甲醇、乙酸（醋酸）和葡萄糖等。這其中，甲醇由于其分子小，易于微生物利用，普遍被認(rèn)為是最經(jīng)濟(jì)實惠的碳源。但甲醇屬于安監(jiān)部門嚴(yán)格管控的危險化學(xué)物品，雖然其價格較低，但安全投入成本會很高，同時這將導(dǎo)致政府主管部門對水廠的嚴(yán)格監(jiān)管，各項審批非常復(fù)雜。

據(jù)張仲玲等人的研究[1]，各種不同碳源要達(dá)到穩(wěn)定的反硝化效果所需的時間如表3。

表3　達(dá)到穩(wěn)定反硝化效果所需時間

由表3所示，采用乙酸為碳源時，實現(xiàn)穩(wěn)定反硝化所需的時間最短，只需要14天，而甲醇需要約1個月的時間才能達(dá)到穩(wěn)定。最終通過考慮各種碳源的優(yōu)缺點，本工程選用乙酸（醋酸）作為調(diào)試運行的首選碳源。

4.2.2碳源投加成本

反硝化濾池運行成本主要包含以下幾個部分:（1）冰醋酸費用。按去除10mg/L總氮估算，投加冰醋酸30mg/L，冰醋酸價格約為4000元/噸，折算投加冰醋酸噸水消耗成本為0.12元/噸水。如果考慮反硝化濾池進(jìn)水（生化系統(tǒng)出水）溶解氧過高，需增加冰醋酸5mg/L，則成本為0.14元/噸水。（2）增加污泥處理處置費用。預(yù)測反硝化污泥增加量與醋酸投加量相當(dāng)，處理噸水新增污泥量0.03kg干泥。按污泥處理單價600～700元/噸估算，新增污泥處理費用折算成噸水處理成本約0.02元/噸水。（3）增加電費。包括水泵的二次提升、氣水反沖洗泵和風(fēng)機(jī)、加藥及自動化儀器電力設(shè)備，預(yù)估費用0.05元/噸水。（4）反硝化濾池直接運行費用:冰醋酸+污泥處理+電費，約為0.22元/噸水。

5　結(jié)語

5.1經(jīng)過一段時間以直接過濾、微絮凝過濾的方式運行的反硝化濾池，在投加適宜易分解的有機(jī)碳源以后，滿足一定進(jìn)水水溫（15℃）時，不需投入特殊菌種就可以自行完成反硝化細(xì)菌的培養(yǎng)成熟的。

5.2反硝化細(xì)菌培養(yǎng)馴化階段實際過程：投加碳源后第一天出水COD明顯提高，增加值約等于投加碳源折合的COD數(shù)值；第二天開始出水COD值明顯降低，3～5天，出水COD基本趨向穩(wěn)定；8～10天出水總氮去除情況達(dá)到穩(wěn)定水平。

5.3在反硝化效果得到保證的情況下，生產(chǎn)所需的碳源、污泥處理和電費三部分直接費用共計0.22元/噸水。

5.4由于該反硝化濾池可有三種運行工況，因此，可根據(jù)實際需求進(jìn)行工況切換，實現(xiàn)運行的最優(yōu)化管理。如果污水廠進(jìn)水可利用碳源充足，夏季硝化、反硝化效率較高時，可采用直接過濾的形式，高效去除COD、BOD和SS。當(dāng)總磷超標(biāo)時，可通過投加絮凝劑的方式立即切換成微絮凝過濾的形式，保證出水全部達(dá)標(biāo)。如果進(jìn)水碳源不足，冬季硝化、反硝化效率不高時，可通過投加碳源，以反硝化濾池的方式進(jìn)行運行，同樣可確保出水達(dá)標(biāo)。

[1]張仲玲,等.外加碳源類型對反硝化脫氮過程的影響[C].第四屆中國城鎮(zhèn)水務(wù)發(fā)展國際研討會暨中國城鎮(zhèn)供水排水協(xié)會,2009.

王濤（1980—），男，江蘇省人，現(xiàn)居住于上海，碩士，副總經(jīng)理，擔(dān)任水務(wù)運營管理工作。