污水厂提标改造中的反硝化滤池工程设计与调试

王　涛

（凯发水处理环保运营管理（上海）有限公司上海200127）

污水厂提标改造中的反硝化滤池工程设计与调试

王涛

（凯发水处理环保运营管理（上海）有限公司上海200127）

随着国家对污水厂处理厂排放标准的提高，现有污水处理厂的提标改造迫在眉睫，而提标改造中普遍遇到的难题是总氮的达标，同时，在总氮达标的情况下，如何以最经济的方式实现其它指标也同步达标。本文通过某污水处理厂的提标改造工程设计和调试分析来介绍一种能够综合实现提标改造各项指标达标的工艺。

提标改造；反硝化滤池；碳源；总氮

1　项目背景

天津某污水处理厂于上世纪末建成投产,设计处理能力10× 104t/d，采用SBR改良工艺，出水水质达到国家二级排放标准。随着国家与地方环保部门对排放要求的提高，2009年，污水处理厂开始进行升级改造，排放标准达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002一级B标准（以下简称一级B标准）。

原工艺对COD和氨氮的去除效果非常好，已经达到了一级B标准的要求。由于原设计工艺没有明显的缺氧段和厌氧段，因此原工艺不具备生物脱氮、除磷功能。因此，此次提标改造的主要难点在于确保TN和TP达标。

2　提标改造方案的确定

本次提标改造工程优先考虑:（1）保证原SBR处理效果，不进行大规模土建工程建设（2）利用原先闲置的反应沉淀池，改造成具备脱氮、除磷能力的处理设施。

经反复论证和中试试验，STS公司的深床反硝化滤池能够很好的满足此次提标改造的要求。深床反硝化滤池是集生物脱氮及过滤功能合二为一的处理单元。1969年面世，现今在全世界有数百个正常运行的工程案例。

3　反硝化滤池工程设计

设计规模：10×104t/d

表1　设计进、出水水质

设计滤速：5.6 m/h

设计NO3-N的容积负荷：1.46kgNO3-N/m3·d

4　反硝化滤池调试效果及成本分析

本工程调试运行先后经历了三种工况：一为直接过滤，不投加任何药剂，主要目的为去除SS；二为投加絮凝剂，可以称之为微絮凝过滤，主要目的是实现微絮凝过滤，同时去除SS和TP；三为投加碳源、絮凝剂，主要目的是同时实现脱氮、除磷和去除SS的功能。整体调试过程中污水厂进、出水水质如表2。

表2　整体调试过程中污水厂进、出水水质情况

从表2可以看出，（1）该污水处理厂SBR工艺运行情况良好，特别是硝化过程，出水NH3-N很低；（2）上述6项指标均达到一级B标准，除TP外，其它指标已达到一级A标准。本工程最重要难点在于反硝化过程的实现，其中分为反硝化细菌的培养以及碳源的选择和投加。下文将重点对此进行讨论描述。

4.1反硝化细菌的培养

如上文所述，本项目调试运行的第一阶段为直接过滤，经过一段时间的运行，滤料表面生长了大量的生物膜，从这个阶段的监测数据来看，总氮无明显降低。很明显，这阶段反硝化细菌没有得到培养。随后，现场开始投加冰醋酸作为碳源进行反硝化菌的培养。我们从各项综合指标来全面分析系统的发展情况。

4.1.1出水COD的变化

图1　出水COD的变化

从上述曲线可以看出，投加碳源（冰醋酸）后出水COD呈现立即上升，高达51.8mg/L,增加了超过20mg/L。原因分析可能为滤池内累积的大量生物膜由于活性差，并不具备COD去除功能，投加的碳源随水流出，导致出水COD增加。但随后第二天开始立即下降，并在接下来几天内持续下降。原因分析是滤池内的大量生物膜逐渐恢复活性，具备COD去除功能，同时反硝化菌的培养发挥作用，发生反硝化功能后消耗了部分COD。

4.1.2出水TN的变化

图2　出水TN的变化

从上述曲线来看，当投加碳源后10天开始出水TN开始下降，可以认为反硝化菌培养成熟，形成优势菌种，开始发挥脱氮功能。投加碳源13天后出水TN达到相对稳定的较低状况。

4.1.3总体评价反硝化滤池在投加碳源后的水质情况：（1）COD出水没有发生明显变化，与直接过滤及微絮凝过滤基本一致；（2）TN出水控制在10mg/L以下，反硝化去除率约为30%～70%，明显好于未投加碳源前的情况；（3）由于滤池作用，相比较滤池投运前，出水SS明显下降，但三种工作效果基本一致。

4.2碳源选择与成本分析

4.2.1碳源的选择

根据生物反硝化原理，碳源是反硝化的必要条件之一，而碳源提供碳的有效能力直接将影响反硝化的实际效果，所以，碳源的选择非常重要。

目前在污水处理行业广泛使用的碳源一般有甲醇、乙酸（醋酸）和葡萄糖等。这其中，甲醇由于其分子小，易于微生物利用，普遍被认为是最经济实惠的碳源。但甲醇属于安监部门严格管控的危险化学物品，虽然其价格较低，但安全投入成本会很高，同时这将导致政府主管部门对水厂的严格监管，各项审批非常复杂。

据张仲玲等人的研究[1]，各种不同碳源要达到稳定的反硝化效果所需的时间如表3。

表3　达到稳定反硝化效果所需时间

由表3所示，采用乙酸为碳源时，实现稳定反硝化所需的时间最短，只需要14天，而甲醇需要约1个月的时间才能达到稳定。最终通过考虑各种碳源的优缺点，本工程选用乙酸（醋酸）作为调试运行的首选碳源。

4.2.2碳源投加成本

反硝化滤池运行成本主要包含以下几个部分:（1）冰醋酸费用。按去除10mg/L总氮估算，投加冰醋酸30mg/L，冰醋酸价格约为4000元/吨，折算投加冰醋酸吨水消耗成本为0.12元/吨水。如果考虑反硝化滤池进水（生化系统出水）溶解氧过高，需增加冰醋酸5mg/L，则成本为0.14元/吨水。（2）增加污泥处理处置费用。预测反硝化污泥增加量与醋酸投加量相当，处理吨水新增污泥量0.03kg干泥。按污泥处理单价600～700元/吨估算，新增污泥处理费用折算成吨水处理成本约0.02元/吨水。（3）增加电费。包括水泵的二次提升、气水反冲洗泵和风机、加药及自动化仪器电力设备，预估费用0.05元/吨水。（4）反硝化滤池直接运行费用:冰醋酸+污泥处理+电费，约为0.22元/吨水。

5　结语

5.1经过一段时间以直接过滤、微絮凝过滤的方式运行的反硝化滤池，在投加适宜易分解的有机碳源以后，满足一定进水水温（15℃）时，不需投入特殊菌种就可以自行完成反硝化细菌的培养成熟的。

5.2反硝化细菌培养驯化阶段实际过程：投加碳源后第一天出水COD明显提高，增加值约等于投加碳源折合的COD数值；第二天开始出水COD值明显降低，3～5天，出水COD基本趋向稳定；8～10天出水总氮去除情况达到稳定水平。

5.3在反硝化效果得到保证的情况下，生产所需的碳源、污泥处理和电费三部分直接费用共计0.22元/吨水。

5.4由于该反硝化滤池可有三种运行工况，因此，可根据实际需求进行工况切换，实现运行的最优化管理。如果污水厂进水可利用碳源充足，夏季硝化、反硝化效率较高时，可采用直接过滤的形式，高效去除COD、BOD和SS。当总磷超标时，可通过投加絮凝剂的方式立即切换成微絮凝过滤的形式，保证出水全部达标。如果进水碳源不足，冬季硝化、反硝化效率不高时，可通过投加碳源，以反硝化滤池的方式进行运行，同样可确保出水达标。

[1]张仲玲,等.外加碳源类型对反硝化脱氮过程的影响[C].第四届中国城镇水务发展国际研讨会暨中国城镇供水排水协会,2009.

王涛（1980—），男，江苏省人，现居住于上海，硕士，副总经理，担任水务运营管理工作。