硫桿菌協(xié)同鐵鈣濾料除磷的應用★

焦雅雯，劉 偉，鐘彩英，朱 斌，2*

（1.廣東自華科技有限公司，廣東 佛山 528300；2.華南理工大學，廣東 廣州 510000）

隨著農(nóng)村生活水平不斷提高，農(nóng)村生活用水量大幅增加使污水排放量也逐年增加[1]。據(jù)不完全統(tǒng)計，當前我國農(nóng)村污水年排放總量已達到200 億t[2]。

分散式農(nóng)村污水處理一體化設備具有資金投入低、空間利用少等諸多優(yōu)點，是國內(nèi)農(nóng)村污水處理的主要方式[3]。目前國內(nèi)農(nóng)村污水一體化設備采用的處理工藝，基本上是參照城市污水處理工藝，但城市污水的水質相對于農(nóng)村污水，污水營養(yǎng)比例更合理，采用生化處理工藝時，出水更容易達標。而很多地區(qū)農(nóng)村污水污染物濃度較低，C/TN 和C/TP 值低，碳源不足使生物脫氮除磷效果較差，出水水質無法達標。分散式農(nóng)村污水處理一體化設備數(shù)量多、分布散，采用投加化學藥劑的方式除磷，所需人員多，運維成本極高。因此研究開發(fā)一種低運維成本的農(nóng)村污水除磷技術，是農(nóng)村污水處理穩(wěn)定達標關鍵之一。為解決這一難題，本文結合實際工程案例簡要介紹硫桿菌協(xié)同鐵、鈣礦石濾料在農(nóng)村污水處理中深度除磷處理技術。

1 工程概述及設計進、出水水質

本工程為廣州市黃浦區(qū)某社區(qū)污水處理工程，納污范圍包括社區(qū)內(nèi)居民生活污水、養(yǎng)老院、學校、旅游公園等排放的生活污水，處理規(guī)模為100 m3/d。基于黃浦區(qū)美麗鄉(xiāng)村建設對農(nóng)村污水處理一體化設備的需求，針對農(nóng)村污水現(xiàn)有處理工藝生物脫氮除磷效果差的不足，本工程采用優(yōu)化傳統(tǒng)A/O 工藝，并聯(lián)合填料、濾料化學沉淀、吸附除磷。因村莊位于環(huán)境敏感區(qū)域，要求出水指標符合《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》GB 18918—2002 一級A 排放標準要求，具體指標如表1 所示。

表1 設計進、出水水質表 mg/L

2 工藝流程

污水處理采用“預處理+缺氧+好氧+膜過濾”工藝，除磷采用“復合填料池+菱鐵礦濾料池+方解石濾料池”工藝，工藝流程如圖1 所示。

圖1 工藝流程圖

3 主要單元設計

3.1 調節(jié)池

設計水力停留時間12.0 h，有效容積50 m3，工藝尺寸為5 m×5 m×3.5 m，有效水深2.0 m。

配套設施：污水提升泵2 臺，1 用1 備，Q=5 m3/h，H=10 m，N=0.75 kW。細格柵1 臺，柵隙3 mm。不銹鋼篩網(wǎng)一副，空隙1 mm。

3.2 缺氧池

設計水力停留時間為1.5 h，有效容積為6.5 m3，工藝尺寸為2.5 m×1.0 m×2.8 m。

配套設備：攪拌泵1 臺，Q=10 m3/h，H=5 m，N=0.75 kW。

3.3 好氧池

設計水力停留時間2.4 h，有效容積為10.0 m3，工藝尺寸為2.5 m×1.5 m×2.8 m。

配套設備：混合液回流泵1 臺，Q=5 m3/h，H=5 m，N=0.75 kW；鼓風機1 臺，Q=1.36 m3/min，P=29.4 kPa，N=2.2 kW，回轉式。

3.4 MBR 膜池

設計水力停留時間：2.4 h，有效容積為10.0 m3，工藝尺寸為1.6 m×2.3 m×2.8 m。

配套設備：污泥回流泵1 臺，Q=15 m3/h，H=5 m，N=0.75 kW，臥式泵；產(chǎn)水泵1 臺，Q=5 m3/h，H=10 m，N=0.75 kW，自吸泵；鼓風機（與好氧池共用）。

3.5 清水池（MBR 膜反洗池）

設計水力停留時間為1.3 h，有效容積為5.5 m3，工藝尺寸為0.9 m×2.3 m×2.8 m。

配套設備：反洗泵（即MBR 膜池的產(chǎn)水泵）。

3.6 復合填料池

設計水力停留時間為2.0 h，工藝尺寸為Φ2.0 m×4.5 m。

配套設備：鼓風機1 臺，Q=0.24 m3/min，P=39.2 kPa，N=0.37 kW。

進水泵1 臺，Q=5 m3/h，H=5 m，N=0.75 kW，臥式泵。

3.7 菱鐵礦濾料池

設計水力停留時間：1.0 h，工藝尺寸為Φ1.7 m×3.5 m。

配套設備：反洗水泵與進水泵共用，反洗鼓風機與復合填料池共用。

3.8 方解石濾料池

設計水力停留時間：0.5 h，工藝尺寸為Φ1.7 m×2.0 m。

配套設備：反洗水泵與進水泵共用，反洗鼓風機與復合填料池共用。

3.9 回收池

工藝尺寸為2.0 m×2.0 m×2.0 m?；厥粘氐墓δ苁欠聪椿厥樟踪Y源。

4 整體準備和運行

生化系統(tǒng)污泥培養(yǎng)，取城鎮(zhèn)污水處理廠脫水新鮮污泥，加水稀釋成稀污泥后，用污泥泵加入生化池，悶曝24 h。

除磷系統(tǒng)準備及馴化，為滿足出水總磷質量不超過0.5 mg/L 的要求，采用后沉淀除磷的方法，在清水池后接入除磷系統(tǒng)，提高深度除磷的效率。

在清水池后接入除磷系統(tǒng)前，需要先培養(yǎng)出復合填料柱中的硫桿菌。

復合填料池底部設置有布水系統(tǒng)和布氣系統(tǒng)，復合填料池中的布氣系統(tǒng)用于硫桿菌的快速生長，以便于維持整個填料池的酸性環(huán)境。

菱鐵礦濾料池和方解石濾料池底部也設置有布氣系統(tǒng)，不同的是，濾料池的布氣系統(tǒng)是為了反洗時隨水流沖刷洗脫沉淀，以便后續(xù)在回收池回收含磷沉淀，實現(xiàn)磷資源的回收利用。

培養(yǎng)硫桿菌之前，先從復合填料池進水口泵入四分之一的清水池出水，投入一定量的硫桿菌粉劑，開啟曝氣系統(tǒng)，保持溶解氧質量濃度為6.0 mg/L 左右，然后填入一定高度的硫磺和鋁土礦復合填料。

為了增大填料和濾料的比表面積，選用的填料和濾料粒徑會盡可能小。同時，為了避免復合填料顆粒粒徑過小質量過輕而被污水攜帶流失，在復合填料上層再鋪設一定厚度的鵝卵石，鵝卵石粒徑為30 mm左右。

繼續(xù)泵入清水池出水直至淹沒復合填料，然后斷開和清水池的連接，保持復合填料池好氧循環(huán)悶曝，并測定循環(huán)出水的pH 值。

在菱鐵礦濾料池中填入一定高度的菱鐵礦濾料；在方解石濾料池中填入一定高度的方解石濾料。濾料上方同樣鋪設一定厚度的鵝卵石，防止濾料流失。

當復合填料池內(nèi)pH 降至2～3 時，可停止悶曝。停止悶曝后，連接整個除磷系統(tǒng)，并將除磷系統(tǒng)接入一體化中清水池的出水口，前期可小流量運行整個系統(tǒng)，包括前端生化系統(tǒng)，讓生化污泥和復合填料柱中的硫桿菌慢慢適應水質情況。

整體運行過程為：待處理污水自流進入調節(jié)池，調節(jié)池內(nèi)設有攪拌裝置和污水提升泵；污水經(jīng)提升泵提升到缺氧池，池內(nèi)設置有水力混合裝置；缺氧池的出水進入好氧池，池內(nèi)設有曝氣裝置和回流泵，會有一部分污水回流到缺氧池中再次處理；好氧池的出水進入MBR 膜池，膜池配置有曝氣裝置和污泥回流泵，污泥回流泵將一部分污泥回流到好氧池中；膜池出水進入清水池；清水池出水接入除磷系統(tǒng)進行除磷。

待整個污水處理系統(tǒng)出水指標穩(wěn)定后，逐漸增大流量至100 m3/d，并檢測出水SS、氨氮、COD、總磷等指標。

5 工程運行結果

從2021 年9 月6 日至11 月6 日進行連續(xù)取樣，連續(xù)8 周內(nèi)整個污水處理系統(tǒng)進水及出水各指標平均濃度如下頁圖2～圖5 所示。

圖2 COD 去除效果

圖3 TP 去除效果

圖4 SS 去除效果

圖5 氨氮去除效果

除去第1、2 周污泥和硫桿菌處于適應期，導致處理效果不理想之外，后6 周處理設施最終出水水質：CODCr＜35 mg/L、ρ（總磷）＜0.2 mg/L、ρ（SS）＜10 mg/L、ρ（氨氮）＜3.0 mg/L，符合《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》GB 18918—2002 一級A 排放標準。

6 技術經(jīng)濟分析

硫桿菌協(xié)同鐵、鈣礦石濾料工藝除磷直接成本來源于電費和硫磺、菱鐵礦和方解石等填料的消耗，不需專人看管，無人工成本。因濾料價格便宜且使用壽命長，該部分費用可以忽略。因此本項目的除磷費用約0.12 元/t 水。

7 結論

硫桿菌協(xié)同鐵、鈣礦石濾料工藝在農(nóng)村污水處理中取得良好除磷效果，該方法無需頻繁配藥和加藥，無需專人看管，具有操作簡單、效果穩(wěn)定、產(chǎn)泥量極小等優(yōu)點，具有較好的推廣價值。