城鎮污水處理廠硫自養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 能源與環境工程學院，河北 邯鄲 056038；2.河海大學 水文水資源與水利工程科學國家重點實驗室，江蘇 南京 210009；3.邯鄲市市政排水有限責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，城鎮污水處理廠污染物排放標準的提高已勢在必行[1]。由于大部分已投運的城鎮污水處理廠采用的是傳統污水處理工藝，對化學需氧量(COD)、氨氮(NH3-N)的去除效率較高，但對總氮(TN)的去除能力有限[1-2]。為了對標新的地方排放標準，也為了避免過多的TN排入環境水體造成污染，污水處理廠需要通過增加深度脫氮單元來完成TN高標準排放的提標改造任務。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行成本高和操作過程復雜在實際城鎮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用于污水處理廠深度脫氮，且實際運行效果優異，具有脫氮效率高、工藝過程簡單和運行成本可控的優勢[4-5]。

實驗室的成果若要在實際生產中應用，需要通過現場中試來獲取工藝設計參數，并進一步改進優化運行過程。為了探究硫自養反硝化濾池用于城鎮污水處理廠中水的實際脫氮效能及運行成本，本研究以邯鄲市東污水處理廠為研究對象，通過模擬實際生產情況設置中試實驗，分析中試運行問題并核算運行成本，以期為硫自養反硝化濾池在城鎮污水廠中的實際應用提供參考。

1 中試過程與方法

1.1 中試情況概述

1.2 中試裝置

硫自養反硝化濾池中試工藝流程及實驗裝置如圖1—圖3所示，其中砂濾罐高2 m，直徑1.6 m，內裝石英砂濾料1.8 m3；硫自養反硝化濾罐體高為4.5 m，內徑為1.6 m，有效體積8.5 m3，罐內距罐底1 m處設置濾板及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，硫自養反硝化罐另設一套羅茨風機協助反沖氣洗。

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 硫自養反硝化濾罐結構示意圖Fig.3 Schematic diagram of sulfur autotrophic denitrifying filter tank

1.3 中試進水與啟動

表1 中試進水水質統計表

1.4 檢測項目與方法

2 結果與分析

2.1 啟動階段濃度變化情況

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 值明顯低于進水。根據中試反應機理，自養反硝化是一個產生H+的過程，這樣會造成系統的pH值下降，而硫自養反硝化微生物最適pH值為6～8，故中試pH值雖然下降，但也能維持在6.20以上，并不會抑制硫自養反硝化微生物的活性。同時也能滿足出水pH指標達到6～9的要求。

2.3 出水水質對比

表2 污水廠出水—中試出水對比表(周檢)

2.4 其他效益分析

中試運行成本主要包含濾料消耗成本及運行電費成本。經過40余天(1/9 a)的持續流進水，系統總處理水量為9 000 m3，硫自養反硝化罐內濾料厚度無明顯下降，根據廠方濾料報價，參考其他項目計算濾料消耗成本為0.07 元/m3；運行電費成本主要來自進水泵和反沖裝置，由于反沖洗運行次數少且每次運行時間短，電耗費用可以忽略不計，因此主要考慮進水泵電耗情況，進水泵為2.2 kW變頻泵，電價按照0.55 元/ kW·h(大工業用電)計，直接運行電費為0.06 元/m3；故本次中試直接運行成本為0.13 元/m3。考慮本次中試所選用水泵的功率偏大，在運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用。

3 結論

3)本次中試直接運行成本為0.13 元/m3，主要為中試運行電費成本較高，大規模應用后的直接處理費用應低于該值。