某城鎮污水生物強化脫氮試驗研究

孫鐵軍，郭亞男

（1.天津市乾寰環?？萍加邢薰?，天津 300222；2.天津科技大學化工與材料學院，天津 300457）

氮污染是當今世界各國學者面臨重大課題之一，同時氨氮也是我國流域水環境質量多年檢出與超標率最多的指標[1]。國家污染物排放標準對排入水體中的氨氮指標做出了嚴格規定，脫氮已成為目前污水處理廠亟待解決的問題。

向傳統的生物處理系統中引入特定功能的微生物的技術叫做生物強化技術，目前，生物強化技術應用最為普遍的方式是直接投加對目標污染物具有特效降解能力的微生物，當原處理系統中不含高效菌種時，如果投入一定量的高效菌種，則可有針對性地去除廢水中的目標污染物[2]；當原處理系統中只存在少量高效菌種時，投加高效菌種后，可大大縮短微生物的馴化時間，加快系統的啟動，增強系統的耐負荷沖擊能力和穩定性[3]。

1 概況

該城鎮污水處理廠設計處理能力5萬m3/d，主體工藝采用卡魯塞爾氧化溝，共分兩組，單組氧化溝生物處理單元分厭氧、缺氧和好氧3部分，其有效容積23341m3，分別為1741，6993，14607m3。水力停留時間22.4h（不含厭氧段為20.7h）。設計進水BOD5、COD和NH3-N濃度分別為300，500，35mg/L，設計反應池懸浮固體濃度400mg/L，設計污泥負荷0.06kgBOD/kg MLSS，設計污泥齡20d。每組氧化溝設計處理能力2.5萬m3/d。

從運行工況看，反應池懸浮固體濃度200mg/L，進水pH范圍6.8～7.5，進水BOD5濃度10mg/L，進水COD濃度100mg/L，進水NH3-N濃度27mg/L。出水平均COD濃度53mg/L，出水平均NH3-N濃度24mg/L，出水COD、pH及SS等指標均達到GB18918—2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》 中一級B標準的要求，NH3-N不能滿足排放限值的要求。

2 中試實驗裝置

考慮到實際工程廢水處理系統采用前置反硝化的思路進行脫氮，生化處理系統核心工藝采用氧化溝，實驗過程中前置反硝化能夠實現，而氧化溝工藝在實驗條件下不易進行，實驗裝置采用缺氧—好氧工藝，并設置二沉池回流，最大程度模擬實際工程工藝運行中的各個階段。

本實驗裝置為一體式碳鋼結構。一體式實驗裝置包含缺氧、好氧、二沉、加氯氧化4個單元。

實驗裝置進水采用小流量潛水泵，并通過轉子流量計控制進水量；供氣采用羅茨鼓風機，并通過微孔曝氣器將空氣均勻分布于水體，二沉池污泥采用氣提技術回流至缺氧池前端，實驗期間無剩余污泥排放。

實驗裝置連續運行，直接從污水處理廠提升泵房處取水，先后經歷空白、懸浮填料掛膜、掛膜成功、一次投菌、二次投菌階段，并進行水樣分析，頻率達1～2次/d。

3 脫氮

3.1 生物強化設計

實驗裝置菌種投加區域主要選擇填料設置區，投放初期，考慮到為初始調試階段，池內微生物數量少，要求用于微生物人工強化所需投加的菌液數量比正常運行工況下的數量要多，因此，初期填料區域的菌液按2.0kg/m3進行投加，合計菌液投加量為單次20kg。

3.2 材料設計

采用加設懸掛組合填料的方式，并對組合填料做親水性改進，使之易于掛膜，提高填料去除污染物的性能。本中試實驗裝置選擇∮80mm規格的懸浮填料，按總池容的50%投加，為5m3。

4 運行效果

4.1 實驗裝置進出水NH3-N實驗結果

在數據測定的基礎上，將有效數據進行整理、歸納，得出實驗裝置進出水NH3-N曲線圖，并以8 mg/L排放標準為基準，繪制對比曲線，如圖1。

圖1 實驗裝置進出水NH3-N濃度

出水NH3-N曲線點絕大多數在進水NH3-N曲線點以下，表明實驗期間，NH3-N一直保持被去除趨勢。第18d，填料掛膜成功，得到一定去除效率的時間節點，出水NH3-N曲線點與進水NH3-N曲線點的分離趨勢明顯；第32d起，氨氮含量均達排放標準，第47d再次投加脫氮菌，出水NH3-N穩定在1mg/L以下。

4.2 裝置出水與工程出水NH3-N實驗結果

裝置出水與工程出水NH3-N曲線，如圖2。

圖2 實際工程與實驗裝置出水NH3-N濃度

實驗裝置與實際工程出水NH3-N在第18d之前無明顯區別，18d以后實驗裝置出水NH3-N明顯低于實際工程出水。由此表明，懸浮填料掛膜未成功之前，實驗裝置的脫氮效果并未加強掛膜成功后，脫氮效率大大提高。同時也驗證，實驗裝置在工藝流程上，很大程度上模擬了實際工程工況，具有可比性。

4.3 實驗裝置各個階段氨氮去除率

實驗各階段氨氮去除趨勢，如圖3。

圖3 實驗裝置各階段出水NH3-N去除率

實驗裝置出水NH3-N去除率在空白和掛膜初期階段去除效果不理想，掛膜成功后，各個階段NH3-N去除率顯著提高，且具有很明顯的梯度。表明只要采取有利于硝化反應發生的措施，就能獲得NH3-N去除率階段性的突破。而懸浮填料微生物人工強化脫氮技術，實現了多項技術的集成并可滿足本項目具體水質條件設計，對實際工程脫氮達標具有重要意義。

4.4 裝置出水與工程出水COD

實驗裝置各階段出水COD濃度比較如圖4。

圖4 實驗裝置各階段出水COD濃度

39～46d由于工程原因未測得出水COD值，實際工程出水COD平均值53.1mg/L，平均去除率44.88%，且長期穩定在60mg/L以下，已達排放標準60mg/L的排放限值； 實驗裝置正常穩定運行工況下出水COD平均值43.54mg/L，平均去除率56.11%，對COD的去除率提高11.23%； 投加脫氮菌后出水COD 平均值37.8mg/L，平均去除率61.89%，對COD的去除率比實際工程提高17.01%。因此，通過采取投加懸浮填料和菌種集成技術，對COD的去除效果會有明顯改進，若應用于實際工程中，對確保出水COD達標排放，具有積極作用。

5 結語

（1）實驗裝置連續24h滿負荷運行，經歷懸浮填料掛膜、掛膜成功、投菌等階段，涵蓋污水處理廠調試運行的各個階段，且水樣分析頻率達到1～2次/d，其出水NH3-N變化趨勢及去除率，對于實際工程采用本脫氮技術升級改造項目的調試運行具有指導意義。

（2）實驗裝置連續運轉53d，經歷了調試、馴化、正常運行3個階段，期間分別進行了空白實驗、投加填料掛膜、投加脫氮菌強化脫氮實驗3個系列實驗，從出水COD、NH3-N數據及分析結果來看，取得了良好效果，達到了實驗預期目的。

（3）通過投加懸浮填料和脫氮菌的雙重措施后，實驗裝置內的MLSS達3500mg/L，比空白增長16倍，實驗裝置出水COD平均值37.8mg/L，平均去除率61.89%，對COD的去除率比實際工程提高17.01%。特別是再次投加脫氮菌后，NH3-N平均值僅1.07mg/L，以進水NH3-N平均值27.16mg/L計，平均去除率達96%，且出水NH3-N值遠小于排放標準8mg/L的限制要求。這表明本脫氮技術對NH3-N的去除有很好效果，對COD的去除也有一定積極作用。為實際工程將來采用本脫氮技術作為升級改造項目核心技術和措施提供技術支持和數據支撐。

（4）實驗裝置全流程模擬廠內現行處理工藝，裝置內設置了缺氧、厭氧段等工藝單元，具備可調節曝氣量、混合液回流功能，在處理規模上，與實際工程處理規模同比例縮小，做到水力停留時間的吻合。因此，本實驗裝置很大程度上模擬了實際工程的運行工況，其實驗數據能夠有效驗證實際工程采用本脫氮技術作為升級改造項目的可行性。