污水廠提標改造中的反硝化濾池工程設計與調試

王　濤

（凱發水處理環保運營管理（上海）有限公司上海200127）

污水廠提標改造中的反硝化濾池工程設計與調試

王濤

（凱發水處理環保運營管理（上海）有限公司上海200127）

隨著國家對污水廠處理廠排放標準的提高，現有污水處理廠的提標改造迫在眉睫，而提標改造中普遍遇到的難題是總氮的達標，同時，在總氮達標的情況下，如何以最經濟的方式實現其它指標也同步達標。本文通過某污水處理廠的提標改造工程設計和調試分析來介紹一種能夠綜合實現提標改造各項指標達標的工藝。

提標改造；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末建成投產,設計處理能力10× 104t/d，采用SBR改良工藝，出水水質達到國家二級排放標準。隨著國家與地方環保部門對排放要求的提高，2009年，污水處理廠開始進行升級改造，排放標準達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》GB18918-2002一級B標準（以下簡稱一級B標準）。

原工藝對COD和氨氮的去除效果非常好，已經達到了一級B標準的要求。由于原設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，此次提標改造的主要難點在于確保TN和TP達標。

2　提標改造方案的確定

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

經反復論證和中試試驗，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，現今在全世界有數百個正常運行的工程案例。

3　反硝化濾池工程設計

設計規模：10×104t/d

表1　設計進、出水水質

設計濾速：5.6 m/h

設計NO3-N的容積負荷：1.46kgNO3-N/m3·d

4　反硝化濾池調試效果及成本分析

本工程調試運行先后經歷了三種工況：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脫氮、除磷和去除SS的功能。整體調試過程中污水廠進、出水水質如表2。

表2　整體調試過程中污水廠進、出水水質情況

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項指標均達到一級B標準，除TP外，其它指標已達到一級A標準。本工程最重要難點在于反硝化過程的實現，其中分為反硝化細菌的培養以及碳源的選擇和投加。下文將重點對此進行討論描述。

4.1反硝化細菌的培養

如上文所述，本項目調試運行的第一階段為直接過濾，經過一段時間的運行，濾料表面生長了大量的生物膜，從這個階段的監測數據來看，總氮無明顯降低。很明顯，這階段反硝化細菌沒有得到培養。隨后，現場開始投加冰醋酸作為碳源進行反硝化菌的培養。我們從各項綜合指標來全面分析系統的發展情況。

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呈現立即上升，高達51.8mg/L,增加了超過20mg/L。原因分析可能為濾池內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，并在接下來幾天內持續下降。原因分析是濾池內的大量生物膜逐漸恢復活性，具備COD去除功能，同時反硝化菌的培養發揮作用，發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，當投加碳源后10天開始出水TN開始下降，可以認為反硝化菌培養成熟，形成優勢菌種，開始發揮脫氮功能。投加碳源13天后出水TN達到相對穩定的較低狀況。

4.1.3總體評價反硝化濾池在投加碳源后的水質情況：（1）COD出水沒有發生明顯變化，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，普遍被認為是最經濟實惠的碳源。但甲醇屬于安監部門嚴格管控的危險化學物品，雖然其價格較低，但安全投入成本會很高，同時這將導致政府主管部門對水廠的嚴格監管，各項審批非常復雜。

據張仲玲等人的研究[1]，各種不同碳源要達到穩定的反硝化效果所需的時間如表3。

表3　達到穩定反硝化效果所需時間

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

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水（生化系統出水）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。預測反硝化污泥增加量與醋酸投加量相當，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、氣水反沖洗泵和風機、加藥及自動化儀器電力設備，預估費用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　結語

5.1經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碳源以后，滿足一定進水水溫（15℃）時，不需投入特殊菌種就可以自行完成反硝化細菌的培養成熟的。

5.2反硝化細菌培養馴化階段實際過程：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基本趨向穩定；8～10天出水總氮去除情況達到穩定水平。

5.3在反硝化效果得到保證的情況下，生產所需的碳源、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，可根據實際需求進行工況切換，實現運行的最優化管理。如果污水廠進水可利用碳源充足，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。當總磷超標時，可通過投加絮凝劑的方式立即切換成微絮凝過濾的形式，保證出水全部達標。如果進水碳源不足，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行運行，同樣可確保出水達標。

[1]張仲玲,等.外加碳源類型對反硝化脫氮過程的影響[C].第四屆中國城鎮水務發展國際研討會暨中國城鎮供水排水協會,2009.

王濤（1980—），男，江蘇省人，現居住于上海，碩士，副總經理，擔任水務運營管理工作。