城鎮(zhèn)污水處理廠硫自養(yǎng)反硝化深度脫氮研究

朱長軍， 郭龍龍， 李崴峰， 郝文龍

(1.河北工程大學(xué) 能源與環(huán)境工程學(xué)院，河北 邯鄲 056038；2.河海大學(xué) 水文水資源與水利工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210009；3.邯鄲市市政排水有限責(zé)任公司東污水處理廠，河北 邯鄲 056004)

隨著水污染治理工作的不斷深入，城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的提高已勢在必行[1]。由于大部分已投運(yùn)的城鎮(zhèn)污水處理廠采用的是傳統(tǒng)污水處理工藝，對(duì)化學(xué)需氧量(COD)、氨氮(NH3-N)的去除效率較高，但對(duì)總氮(TN)的去除能力有限[1-2]。為了對(duì)標(biāo)新的地方排放標(biāo)準(zhǔn)，也為了避免過多的TN排入環(huán)境水體造成污染，污水處理廠需要通過增加深度脫氮單元來完成TN高標(biāo)準(zhǔn)排放的提標(biāo)改造任務(wù)。深度脫氮工藝主要分為物化法和生物法，物化脫氮工藝由于運(yùn)行成本高和操作過程復(fù)雜在實(shí)際城鎮(zhèn)污水處理廠深度脫氮改造工程中并不常用[3]；而生物法深度脫氮如反硝化濾池工藝已廣泛應(yīng)用于污水處理廠深度脫氮，且實(shí)際運(yùn)行效果優(yōu)異，具有脫氮效率高、工藝過程簡單和運(yùn)行成本可控的優(yōu)勢[4-5]。

實(shí)驗(yàn)室的成果若要在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用，需要通過現(xiàn)場中試來獲取工藝設(shè)計(jì)參數(shù)，并進(jìn)一步改進(jìn)優(yōu)化運(yùn)行過程。為了探究硫自養(yǎng)反硝化濾池用于城鎮(zhèn)污水處理廠中水的實(shí)際脫氮效能及運(yùn)行成本，本研究以邯鄲市東污水處理廠為研究對(duì)象，通過模擬實(shí)際生產(chǎn)情況設(shè)置中試實(shí)驗(yàn)，分析中試運(yùn)行問題并核算運(yùn)行成本，以期為硫自養(yǎng)反硝化濾池在城鎮(zhèn)污水廠中的實(shí)際應(yīng)用提供參考。

1 中試過程與方法

1.1 中試情況概述

1.2 中試裝置

硫自養(yǎng)反硝化濾池中試工藝流程及實(shí)驗(yàn)裝置如圖1—圖3所示，其中砂濾罐高2 m，直徑1.6 m，內(nèi)裝石英砂濾料1.8 m3；硫自養(yǎng)反硝化濾罐體高為4.5 m，內(nèi)徑為1.6 m，有效體積8.5 m3，罐內(nèi)距罐底1 m處設(shè)置濾板及350 mm厚度卵石承托層，上覆固定化載體包埋硫自養(yǎng)反硝化菌的濾料2.15 m，濾料體積3.5 m3；兩罐共配一套反沖洗水泵系統(tǒng)，硫自養(yǎng)反硝化罐另設(shè)一套羅茨風(fēng)機(jī)協(xié)助反沖氣洗。

圖1 中試工藝流程圖Fig.1 Pilot-scale process flow diagram

圖2 中試主要裝置圖Fig.2 Main equipment of pilot-scale

圖3 硫自養(yǎng)反硝化濾罐結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Schematic diagram of sulfur autotrophic denitrifying filter tank

1.3 中試進(jìn)水與啟動(dòng)

表1 中試進(jìn)水水質(zhì)統(tǒng)計(jì)表

1.4 檢測項(xiàng)目與方法

2 結(jié)果與分析

2.1 啟動(dòng)階段濃度變化情況

注：am指第n天的上午，pm指第n天的下午。圖4 啟動(dòng)階段濃度變化情況Fig.4 The concentration change of during the start-up phase

2.2 中試階段變化情況

圖5 中試階段變化情況Fig.5 The change of and pH in pilot phase

中試全程進(jìn)水的pH在6.59～7.69，出水的pH在6.29～7.40，出水的 pH 值明顯低于進(jìn)水。根據(jù)中試反應(yīng)機(jī)理，自養(yǎng)反硝化是一個(gè)產(chǎn)生H+的過程，這樣會(huì)造成系統(tǒng)的pH值下降，而硫自養(yǎng)反硝化微生物最適pH值為6～8，故中試pH值雖然下降，但也能維持在6.20以上，并不會(huì)抑制硫自養(yǎng)反硝化微生物的活性。同時(shí)也能滿足出水pH指標(biāo)達(dá)到6～9的要求。

2.3 出水水質(zhì)對(duì)比

表2 污水廠出水—中試出水對(duì)比表(周檢)

2.4 其他效益分析

中試運(yùn)行成本主要包含濾料消耗成本及運(yùn)行電費(fèi)成本。經(jīng)過40余天(1/9 a)的持續(xù)流進(jìn)水，系統(tǒng)總處理水量為9 000 m3，硫自養(yǎng)反硝化罐內(nèi)濾料厚度無明顯下降，根據(jù)廠方濾料報(bào)價(jià)，參考其他項(xiàng)目計(jì)算濾料消耗成本為0.07 元/m3；運(yùn)行電費(fèi)成本主要來自進(jìn)水泵和反沖裝置，由于反沖洗運(yùn)行次數(shù)少且每次運(yùn)行時(shí)間短，電耗費(fèi)用可以忽略不計(jì)，因此主要考慮進(jìn)水泵電耗情況，進(jìn)水泵為2.2 kW變頻泵，電價(jià)按照0.55 元/ kW·h(大工業(yè)用電)計(jì)，直接運(yùn)行電費(fèi)為0.06 元/m3；故本次中試直接運(yùn)行成本為0.13 元/m3?？紤]本次中試所選用水泵的功率偏大，在運(yùn)行期間通過外排來控制流量，因此一定程度上增加了處理費(fèi)用。

3 結(jié)論

3)本次中試直接運(yùn)行成本為0.13 元/m3，主要為中試運(yùn)行電費(fèi)成本較高，大規(guī)模應(yīng)用后的直接處理費(fèi)用應(yīng)低于該值。