某城鎮(zhèn)污水生物強(qiáng)化脫氮試驗(yàn)研究

孫鐵軍，郭亞男

（1.天津市乾寰環(huán)?？萍加邢薰?，天津 300222；2.天津科技大學(xué)化工與材料學(xué)院，天津 300457）

氮污染是當(dāng)今世界各國學(xué)者面臨重大課題之一，同時(shí)氨氮也是我國流域水環(huán)境質(zhì)量多年檢出與超標(biāo)率最多的指標(biāo)[1]。國家污染物排放標(biāo)準(zhǔn)對排入水體中的氨氮指標(biāo)做出了嚴(yán)格規(guī)定，脫氮已成為目前污水處理廠亟待解決的問題。

向傳統(tǒng)的生物處理系統(tǒng)中引入特定功能的微生物的技術(shù)叫做生物強(qiáng)化技術(shù)，目前，生物強(qiáng)化技術(shù)應(yīng)用最為普遍的方式是直接投加對目標(biāo)污染物具有特效降解能力的微生物，當(dāng)原處理系統(tǒng)中不含高效菌種時(shí)，如果投入一定量的高效菌種，則可有針對性地去除廢水中的目標(biāo)污染物[2]；當(dāng)原處理系統(tǒng)中只存在少量高效菌種時(shí)，投加高效菌種后，可大大縮短微生物的馴化時(shí)間，加快系統(tǒng)的啟動，增強(qiáng)系統(tǒng)的耐負(fù)荷沖擊能力和穩(wěn)定性[3]。

1 概況

該城鎮(zhèn)污水處理廠設(shè)計(jì)處理能力5萬m3/d，主體工藝采用卡魯塞爾氧化溝，共分兩組，單組氧化溝生物處理單元分厭氧、缺氧和好氧3部分，其有效容積23341m3，分別為1741，6993，14607m3。水力停留時(shí)間22.4h（不含厭氧段為20.7h）。設(shè)計(jì)進(jìn)水BOD5、COD和NH3-N濃度分別為300，500，35mg/L，設(shè)計(jì)反應(yīng)池懸浮固體濃度400mg/L，設(shè)計(jì)污泥負(fù)荷0.06kgBOD/kg MLSS，設(shè)計(jì)污泥齡20d。每組氧化溝設(shè)計(jì)處理能力2.5萬m3/d。

從運(yùn)行工況看，反應(yīng)池懸浮固體濃度200mg/L，進(jìn)水pH范圍6.8～7.5，進(jìn)水BOD5濃度10mg/L，進(jìn)水COD濃度100mg/L，進(jìn)水NH3-N濃度27mg/L。出水平均COD濃度53mg/L，出水平均NH3-N濃度24mg/L，出水COD、pH及SS等指標(biāo)均達(dá)到GB18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》 中一級B標(biāo)準(zhǔn)的要求，NH3-N不能滿足排放限值的要求。

2 中試實(shí)驗(yàn)裝置

考慮到實(shí)際工程廢水處理系統(tǒng)采用前置反硝化的思路進(jìn)行脫氮，生化處理系統(tǒng)核心工藝采用氧化溝，實(shí)驗(yàn)過程中前置反硝化能夠?qū)崿F(xiàn)，而氧化溝工藝在實(shí)驗(yàn)條件下不易進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)裝置采用缺氧—好氧工藝，并設(shè)置二沉池回流，最大程度模擬實(shí)際工程工藝運(yùn)行中的各個(gè)階段。

本實(shí)驗(yàn)裝置為一體式碳鋼結(jié)構(gòu)。一體式實(shí)驗(yàn)裝置包含缺氧、好氧、二沉、加氯氧化4個(gè)單元。

實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)水采用小流量潛水泵，并通過轉(zhuǎn)子流量計(jì)控制進(jìn)水量；供氣采用羅茨鼓風(fēng)機(jī)，并通過微孔曝氣器將空氣均勻分布于水體，二沉池污泥采用氣提技術(shù)回流至缺氧池前端，實(shí)驗(yàn)期間無剩余污泥排放。

實(shí)驗(yàn)裝置連續(xù)運(yùn)行，直接從污水處理廠提升泵房處取水，先后經(jīng)歷空白、懸浮填料掛膜、掛膜成功、一次投菌、二次投菌階段，并進(jìn)行水樣分析，頻率達(dá)1～2次/d。

3 脫氮

3.1 生物強(qiáng)化設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)裝置菌種投加區(qū)域主要選擇填料設(shè)置區(qū)，投放初期，考慮到為初始調(diào)試階段，池內(nèi)微生物數(shù)量少，要求用于微生物人工強(qiáng)化所需投加的菌液數(shù)量比正常運(yùn)行工況下的數(shù)量要多，因此，初期填料區(qū)域的菌液按2.0kg/m3進(jìn)行投加，合計(jì)菌液投加量為單次20kg。

3.2 材料設(shè)計(jì)

采用加設(shè)懸掛組合填料的方式，并對組合填料做親水性改進(jìn)，使之易于掛膜，提高填料去除污染物的性能。本中試實(shí)驗(yàn)裝置選擇∮80mm規(guī)格的懸浮填料，按總池容的50%投加，為5m3。

4 運(yùn)行效果

4.1 實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)出水NH3-N實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在數(shù)據(jù)測定的基礎(chǔ)上，將有效數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、歸納，得出實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)出水NH3-N曲線圖，并以8 mg/L排放標(biāo)準(zhǔn)為基準(zhǔn)，繪制對比曲線，如圖1。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)出水NH3-N濃度

出水NH3-N曲線點(diǎn)絕大多數(shù)在進(jìn)水NH3-N曲線點(diǎn)以下，表明實(shí)驗(yàn)期間，NH3-N一直保持被去除趨勢。第18d，填料掛膜成功，得到一定去除效率的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，出水NH3-N曲線點(diǎn)與進(jìn)水NH3-N曲線點(diǎn)的分離趨勢明顯；第32d起，氨氮含量均達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn)，第47d再次投加脫氮菌，出水NH3-N穩(wěn)定在1mg/L以下。

4.2 裝置出水與工程出水NH3-N實(shí)驗(yàn)結(jié)果

裝置出水與工程出水NH3-N曲線，如圖2。

圖2 實(shí)際工程與實(shí)驗(yàn)裝置出水NH3-N濃度

實(shí)驗(yàn)裝置與實(shí)際工程出水NH3-N在第18d之前無明顯區(qū)別，18d以后實(shí)驗(yàn)裝置出水NH3-N明顯低于實(shí)際工程出水。由此表明，懸浮填料掛膜未成功之前，實(shí)驗(yàn)裝置的脫氮效果并未加強(qiáng)掛膜成功后，脫氮效率大大提高。同時(shí)也驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)裝置在工藝流程上，很大程度上模擬了實(shí)際工程工況，具有可比性。

4.3 實(shí)驗(yàn)裝置各個(gè)階段氨氮去除率

實(shí)驗(yàn)各階段氨氮去除趨勢，如圖3。

圖3 實(shí)驗(yàn)裝置各階段出水NH3-N去除率

實(shí)驗(yàn)裝置出水NH3-N去除率在空白和掛膜初期階段去除效果不理想，掛膜成功后，各個(gè)階段NH3-N去除率顯著提高，且具有很明顯的梯度。表明只要采取有利于硝化反應(yīng)發(fā)生的措施，就能獲得NH3-N去除率階段性的突破。而懸浮填料微生物人工強(qiáng)化脫氮技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)技術(shù)的集成并可滿足本項(xiàng)目具體水質(zhì)條件設(shè)計(jì)，對實(shí)際工程脫氮達(dá)標(biāo)具有重要意義。

4.4 裝置出水與工程出水COD

實(shí)驗(yàn)裝置各階段出水COD濃度比較如圖4。

圖4 實(shí)驗(yàn)裝置各階段出水COD濃度

39～46d由于工程原因未測得出水COD值，實(shí)際工程出水COD平均值53.1mg/L，平均去除率44.88%，且長期穩(wěn)定在60mg/L以下，已達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn)60mg/L的排放限值； 實(shí)驗(yàn)裝置正常穩(wěn)定運(yùn)行工況下出水COD平均值43.54mg/L，平均去除率56.11%，對COD的去除率提高11.23%； 投加脫氮菌后出水COD 平均值37.8mg/L，平均去除率61.89%，對COD的去除率比實(shí)際工程提高17.01%。因此，通過采取投加懸浮填料和菌種集成技術(shù)，對COD的去除效果會有明顯改進(jìn)，若應(yīng)用于實(shí)際工程中，對確保出水COD達(dá)標(biāo)排放，具有積極作用。

5 結(jié)語

（1）實(shí)驗(yàn)裝置連續(xù)24h滿負(fù)荷運(yùn)行，經(jīng)歷懸浮填料掛膜、掛膜成功、投菌等階段，涵蓋污水處理廠調(diào)試運(yùn)行的各個(gè)階段，且水樣分析頻率達(dá)到1～2次/d，其出水NH3-N變化趨勢及去除率，對于實(shí)際工程采用本脫氮技術(shù)升級改造項(xiàng)目的調(diào)試運(yùn)行具有指導(dǎo)意義。

（2）實(shí)驗(yàn)裝置連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)53d，經(jīng)歷了調(diào)試、馴化、正常運(yùn)行3個(gè)階段，期間分別進(jìn)行了空白實(shí)驗(yàn)、投加填料掛膜、投加脫氮菌強(qiáng)化脫氮實(shí)驗(yàn)3個(gè)系列實(shí)驗(yàn)，從出水COD、NH3-N數(shù)據(jù)及分析結(jié)果來看，取得了良好效果，達(dá)到了實(shí)驗(yàn)預(yù)期目的。

（3）通過投加懸浮填料和脫氮菌的雙重措施后，實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)的MLSS達(dá)3500mg/L，比空白增長16倍，實(shí)驗(yàn)裝置出水COD平均值37.8mg/L，平均去除率61.89%，對COD的去除率比實(shí)際工程提高17.01%。特別是再次投加脫氮菌后，NH3-N平均值僅1.07mg/L，以進(jìn)水NH3-N平均值27.16mg/L計(jì)，平均去除率達(dá)96%，且出水NH3-N值遠(yuǎn)小于排放標(biāo)準(zhǔn)8mg/L的限制要求。這表明本脫氮技術(shù)對NH3-N的去除有很好效果，對COD的去除也有一定積極作用。為實(shí)際工程將來采用本脫氮技術(shù)作為升級改造項(xiàng)目核心技術(shù)和措施提供技術(shù)支持和數(shù)據(jù)支撐。

（4）實(shí)驗(yàn)裝置全流程模擬廠內(nèi)現(xiàn)行處理工藝，裝置內(nèi)設(shè)置了缺氧、厭氧段等工藝單元，具備可調(diào)節(jié)曝氣量、混合液回流功能，在處理規(guī)模上，與實(shí)際工程處理規(guī)模同比例縮小，做到水力停留時(shí)間的吻合。因此，本實(shí)驗(yàn)裝置很大程度上模擬了實(shí)際工程的運(yùn)行工況，其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)能夠有效驗(yàn)證實(shí)際工程采用本脫氮技術(shù)作為升級改造項(xiàng)目的可行性。