反硝化濾池在污水提標升級項目中的應用

＊朱小琴

（湖北建科國際工程有限公司 湖北 430070）

隨著我國城鎮化進程的加快和經濟社會的迅猛發展，人們對生活環境質量要求越來越高，環境保護日益受到重視，提高城鎮污水處理廠出水標準，改善地表水體水質，是城鎮化進程中須優先解決的問題，也是政府改善民生重要工作目標之一。大悟縣城區污水處理廠提標升級工程在此背景下開始建設，本文結合該廠的實施對污水脫氮工藝進行分析。

1.工程現狀

大悟縣城市污水處理廠，設計污水廠規模2萬m3/d，該項目目前處于運營期，污水處理工藝采用水解酸化-KIC-混凝沉淀工藝，現有構筑物包括粗格柵及提升泵房、沉砂池、水解酸化池、KIC生物接觸氧化池、混凝沉淀池、巴氏計量槽、污泥水間、鼓風機房等。

2.總體方案

(1)工程規模

本工程設計規模為2.0×104m3/d，服務區的排水體制為雨污分流制，總變化系數為1.49。

(2)設計進出水水質

本次設計旨在對污水廠進行提標升級，由原設計出水一級B標準提升到一級A標準。其進、出水水質對比如表1。

表1 設計進、出水水質指標表

注：括號中的數值為水溫≤12℃時的控制指標，括號外的數值為水溫＞12℃時的控制指標

對照出水一級A標準與一級B標準的差異，可以看出還需要增設深度處理構筑物進一步處理SS、BOD5、COD、氮、磷等污染物。

(3)工藝論證

本工程重點處理對象如下：

①懸浮

去除二級處理出水中的懸浮物常用的方法是采用混凝、沉淀和過濾工藝，在該工藝過程中，不僅可以去除水中懸浮狀的細微顆粒雜質，而且可以去除水中大分子的膠體物質。

②有機物

二級處理出水中的有機物主要為溶解性的有機物和懸浮性的有機物。難降解溶解性有機物可通過混凝沉淀工藝部分去除，而懸浮性的有機物可以通過混凝、沉淀和過濾得以去除。

③氮和磷

在生物接觸氧化的二級處理工藝中，若硝化作用進行較完全，則出水中的總氮主要是以硝酸鹽氮（NO3-）和亞硝酸鹽氮（NO2-）的形式存在，少部分以氨氮（NH3、NH4+）形式存在。

去除硝酸鹽氮，可通過反硝化菌去除。在無溶解氧的情況下，反硝化菌利用硝酸鹽和亞硝酸鹽中的N5+和N3+作為能量代謝中的電子受體，O2-作為受氫體生成H2O和OH-堿度，有機物作為碳源及電子供體提供能量并被氧化穩定。這一過程同時有兩種轉化途徑：一是同化反硝化（合成），最終形成有機氮化合物，成為菌體的組成部分；另一是異化反硝化（分解），最終產物是氣態氮。污水處理脫氮重點是異化過程，通過這個過程，氮從正五或正三價轉化成零價氣態氮，從而實現脫氮作用。

由于本工程需要過濾去除SS，同時需要去除氮及磷，綜上所述，本工程推薦采用具有集生物脫氮及過濾功能的反硝化深床濾池；

去除氨氮可以采用化學氧化法，利用強氧化劑將氨氮直接氧化成氮氣進行脫除，這種方法還可以起到殺菌作用，本工程采用次氯酸鈉（NaClO）去除氨氮及消毒。

出水總磷要降至0.5mg/L以下，目前較可行的技術為化學輔助除磷，除磷藥劑采用聚合氯化鋁[Al2(OH)nCl6-n]m，簡稱PAC，通過投藥形成絮凝體，再經反硝化深床濾池過濾去除。

由于本工程現狀已包含混凝過濾，結合上述分析，本工程選用工藝方案為：微絮凝過濾（反硝化深床濾池）+化學氧化（次氯酸鈉）+化學除磷（PAC）。

(4)工藝流程

為保證污水處理廠提標升級后出水達標，并使提標升級后污水廠出水依靠重力排入現狀出水口，結合上述污水處理工藝論證，大悟縣城市污水處理廠提標升級改造工藝為混凝沉淀池后增設提升泵房、反硝化濾池和接觸消毒池。提標升級后水處理工藝流程如圖1。

圖1 提標升級后水處理工藝流程圖

3.反硝化濾池工程設計

根據上述分析，本工程需新建提升泵房、接觸消毒池及反硝化濾池，本文重點論述反硝化濾池的作用、設計參數以及平面布局。

(1)功能

反硝化深床濾池是搭載了固定生物膜反應功能的深床過濾濾池，集生物脫氮及過濾功能的深度處理單元，其設計可選擇濾池單獨運行或反硝化運行工藝，具有多種功能：

①懸浮物（SS）的物理過濾，通常為5～10mg/L；

②磷酸鹽磷（PO4-P）的化學除磷+過濾去除，通常0.5mg/L；

③硝基氮（NO3-N）的生物反硝化，通常3mg/L。

(2)設計參數

①濾池規模：設計規模2.0×104m3/d。

②濾池數量

表2 單池尺寸

表3 濾料及承托層

濾料需根據實際需要供貨，并需要額外考慮一定的損耗量（通常為3%～5%）。

表4 水力負荷

表5 反沖洗強度設計

表6 控制方式

表7 反沖洗設備

本項目濾池配置1套反沖洗系統，每次只能為一格濾池進行反沖洗，反沖洗羅茨風機采用3臺，2用1備，反沖洗水泵采用潛污泵，2臺，1用1備。

反沖洗廢水通過反沖洗廢水排水氣動蝶閥排放到濾池進水渠下方的反沖洗廢水管中，再流入反沖洗廢水池，反沖洗廢水池池容至少為一格濾池反洗廢水量的1.5倍，反沖洗廢水通過潛污泵小流量提升進入廠內污水提升泵井。

表8 反沖洗廢水池

表9 壓縮空氣氣源

濾池配套的進水閘門、過濾出水調節閥、反沖洗進水閥、反沖洗進氣閥、反沖洗排水閥均采用氣動執行機構，壓縮空氣氣源為氣動閥門提供壓縮空氣。

表10 碳源投加系統

碳源投加系統按反硝化去除5mg/L硝態氮，按日平均處理水量2萬m3/d考慮。

采用純度20%的乙酸鈉（CH3COONa）作為碳源，碳源投加控制采用“前饋+后饋”環路控制機制，在保證系統出水的前提下，確保系統最經濟可靠的碳源投加。系統包括：溶液制備及儲存系統、乙酸鈉（CH3COONa）溶液定量投加系統、PLC控制系統。

(3)平面及剖面布置

圖2 反硝化深床濾池平面圖

4.處理效果

大悟縣城區污水廠從2019年7月開始試運行，至今已安全穩定運行2年多。運行期間，污水廠嚴格按照《城市污水處理廠運行、維護、及其安全技術規程》（CJJ 60-94）進行生產運行，實現了安全穩定生產，各項水質指標均達到連續穩定排放要求。

圖3 反硝化深床濾池1-1剖面圖

表11 大悟縣科亮污水廠2021年7月至2021年11月進水水質

表12 大悟縣科亮污水廠2021年7月至2021年11月出水水質

根據以上數據可以看出：出水水質穩定，達到《城市污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002）一級A標準。

5.結語

大悟縣城區污水處理廠提標升級工程自2019年7月運行以來，實現了污水出水由一級B標準提升至一級A標準，減輕了受納水體環境負荷，該工程的成功運行對城鎮污水處理廠提標升級工藝選擇具有示范意義。