大南湖電廠反硝化濾池運行條件優(yōu)化研究

陳世平

摘 要：為了研究影響反硝化濾池生物脫氮的因素，通過研究反硝化濾池掛膜、進(jìn)水D0、水溫、pH值、C/N比值、反沖洗強(qiáng)度，結(jié)果表明，反硝化濾池采用間歇培養(yǎng)，接種掛膜，微生物培養(yǎng)效果顯著;控制反硝化濾池進(jìn)水D0指標(biāo)在0.2mg/L～0.5mg/L時，反硝化脫氮效率最高;控制來水溫度18～25℃時，反硝化速率最高;控制C/N為4.0時，TN的去除率能夠達(dá)到出水指標(biāo)要求，反硝化濾池運行時間長，濾料板結(jié)，通過延長濾料氣洗時間，提高水反洗反洗流量，能夠有效地消除濾料板結(jié)問題，優(yōu)化反硝化濾池運行方式，降低反硝化濾池制水成本。

關(guān)鍵詞：反硝化濾池;總氮;深度處理;生物脫氮

中圖分類號：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）14-0179-02

國網(wǎng)能源哈密煤電化有限公司大南湖電廠2017年新建中水反硝化濾池及其附屬設(shè)施，反硝化濾池設(shè)計原水量：260m3/h，處理水量1046m3/h，進(jìn)水水質(zhì)設(shè)計參數(shù)如下：TN為62mg/L，NH3-N為60.5mg/L，NO3-N為31mg/L，COD為92mg/L（補(bǔ)充碳源前），BOD5為28mg/L（補(bǔ)充碳源前），COD為250mg/L（補(bǔ)充碳源后），BOD5為200mg/L（補(bǔ)充碳源后），系統(tǒng)脫氮率77.4%，硝化液回流比343%，系統(tǒng)的回收率為98%，系統(tǒng)出水水質(zhì)達(dá)到GB18918-2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)》一級A標(biāo)準(zhǔn)。

由于污水處理廠來水水質(zhì)不穩(wěn)定，來水NH3-N、TN、COD、TP、BOD指標(biāo)變化較大，導(dǎo)致我廠反硝化濾池運行不穩(wěn)定，微生物活性降低，出水指標(biāo)不穩(wěn)定，部分時段存在反硝化濾池濾料板結(jié)，濾池降低出力運行的情況，通過研究影響反硝化濾池生物脫氮的因素，對反硝化濾池掛膜、進(jìn)水D0、水溫、pH值、C/N比值、反沖洗強(qiáng)度進(jìn)行研究，優(yōu)化大南湖電廠反硝化濾池運行條件。

1 反硝化濾池的原理及特點

反硝化濾池工藝的反硝化脫氮原理：以有機(jī)碳源作為電子供體，以NO3--N或NO2--N作為電子受體的氧化還原過程。就機(jī)理而言，反硝化過程是一個涉及多種酶和多種中間產(chǎn)物并伴隨著電子傳遞和能量產(chǎn)生的復(fù)雜生化反應(yīng)過程。反硝化過程是涉及4種酶的四步生化還原反應(yīng)，NO3--N→NO2--N→NO→N2O→N2，首先，硝酸鹽在硝酸鹽還原酶的作用下被還原成亞硝酸鹽，然后亞硝酸鹽在亞硝酸鹽酶作用下被還原為NO，之后NO在一氧化氮還原酶作用下將NO還原成N2O，最后在一氧化二氮酶的作用下，N2O被還原為N2。其中，NO對微生物具有較強(qiáng)毒性，因此，以NO為最終產(chǎn)物的細(xì)菌較難存活，反硝化脫氮過程中積累的代謝中間產(chǎn)物主要為N2O。反硝化濾池的特點是其內(nèi)部為缺氧環(huán)境，不需要獨立的曝氣系統(tǒng)，生物膜中的優(yōu)勢菌種為缺氧反硝化細(xì)菌，反硝化細(xì)菌最合適的生長溫度為20～35℃。

2 接種污泥

反硝化生物濾池是一種生物膜工藝，是利用濾料上形成的生物膜上的微生物的代謝活動去除污水中的污染物的，因此，生物膜是反硝化濾池技術(shù)的核心，形成良好的生物膜是反硝化濾池穩(wěn)定運行基礎(chǔ)。生物膜工藝的生物膜掛膜啟動按培養(yǎng)方式分為間歇培養(yǎng)和連續(xù)培養(yǎng);按是否接種，可以分為自然掛膜和接種掛膜，我廠反硝化濾池采用間歇培養(yǎng)，接種掛膜。

3 反硝化濾池微生物的培養(yǎng)

3.1 活性污泥的選擇

（1）如果運輸條件允許，選用污水處理廠二沉池回流污泥。（2）如果運輸條件不允許，則選用污水處理廠新脫水泥餅作為接種污泥。（3）我廠反硝化濾池活性污泥選擇污水處理廠新脫水泥餅作為接種污泥。

3.2 活性污泥的投加量

反硝化生物濾池污泥投加量：10m3左右。

3.3 反硝化生物濾池的投放

3.3.1 反硝化生物濾池污泥投加點

如圖1所示。

活性污泥投加說明：

（1）將拉活性污泥的拉泥車、中轉(zhuǎn)箱放至生化間與中水控制室之間過道。（2）一臺潛水泵裝在#2原水池內(nèi)向中轉(zhuǎn)箱內(nèi)打原水，一臺泥漿泵裝在中轉(zhuǎn)箱內(nèi)向#1原水池內(nèi)打帶活性污泥的水。（3）中轉(zhuǎn)箱內(nèi)加裝濾網(wǎng)，防止泥漿泵將活性污泥中的沙粒打入原水池，通過原水泵打入反硝化濾池，進(jìn)而堵塞長柄濾頭，降低反硝化濾池出力。

3.3.2 反硝化生物濾池污泥投加步驟

（1）關(guān)閉#1原水池進(jìn)水手動門、#2原水池進(jìn)水手動門;關(guān)閉#2原水池出水手動門;關(guān)閉#1、#2原水池旁路手動門;關(guān)閉事故水池至#1、#2原水池補(bǔ)水總門;打開#1原水池出水手動門;打開#1、#2、#3反硝化生物濾池進(jìn)水手動門、氣動門。（2）關(guān)閉#1、#2、#3反硝化生物濾池反洗進(jìn)氣氣動門;關(guān)閉#1、#2、#3反硝化生物濾池反洗進(jìn)水氣動門;關(guān)閉#1、#2、#3反硝化生物濾池反洗排水氣動門。（3）啟動#2原水池內(nèi)潛水泵向中轉(zhuǎn)箱內(nèi)進(jìn)水，勻速向中轉(zhuǎn)箱內(nèi)投放活性污泥，根據(jù)中轉(zhuǎn)箱的液位啟、停中轉(zhuǎn)箱內(nèi)的泥漿泵向#1原水池內(nèi)進(jìn)水。根據(jù)#1原水池的液位啟、停原水泵向#1、#2、#3反硝化生物濾池進(jìn)活性污泥（#1原水池始終保持低液位），向反硝化生物濾池投放活性污泥10m3左右。（4）10m3左右的活性污泥投放完成后，停運#2原水池內(nèi)潛水泵、中轉(zhuǎn)箱內(nèi)的泥漿泵、原水泵。

3.4 反硝化濾池悶曝階段

打開#1、#2、#3反硝化生物濾池進(jìn)水氣動門、手動門，啟動原水泵向#1、#2、#3反硝化生物濾池進(jìn)水，#1、#2、#3反硝化生物濾池補(bǔ)水至濾料以上，離出水口30cm左右，停運原水泵，#1、#2、#3反硝化生物濾池靜置即可。

3.5 反硝化濾池、曝氣生物濾池提負(fù)荷階段

（1）打開#1、#2原水池出水手動門，根據(jù)原水池液位情況進(jìn)行補(bǔ)水;打開#1、#2、#3反硝化進(jìn)水氣動門、手動門;打開#1、#2、#3、#4、#5、#6曝氣生物濾池進(jìn)水氣動門、手動門，出水氣動門、手動門。（2）啟動#1、#2、#3、#4、#5、#6曝氣生物濾池供氧風(fēng)機(jī)，啟動原水泵向反硝化進(jìn)水，根據(jù)中間水池液位啟動中間水泵向曝氣生物濾池進(jìn)水，啟動硝化液回流泵，原水泵出口流量與硝化液回流泵出口流量按1：3比例調(diào)整，依據(jù)反硝化濾池出水水質(zhì)逐漸提負(fù)荷，持續(xù)40天達(dá)到最高負(fù)荷，反硝化濾池出水水質(zhì)穩(wěn)定以后，反硝化濾池微生物培養(yǎng)工作結(jié)束。

4 影響反硝化濾池生物脫氮的因素

4.1 D0的影響

D0質(zhì)量濃度是影響同步硝化的一個主要限制因素。硝化是在好氧條件下發(fā)生的，而反硝化是在缺氧或厭氧條件下發(fā)生的，但在對D0質(zhì)量濃度實行控制的條件下，可同時在生物膜的不同部位形成好氧區(qū)和缺氧區(qū)，這樣便具有實現(xiàn)同步硝化反硝化的條件?？刂品聪趸?/p>

通過現(xiàn)場試驗，對我廠反硝化濾池TN、COD處理率進(jìn)行分析，濾池進(jìn)水D0指標(biāo)在：0.2～0.5mg/L時，反硝化脫氮效率最高。

4.2 水溫對反硝化速率的影響

水溫是影響反硝化速率的重要參數(shù)，表1計算了不同溫度時的脫氮速率Kde[kgN03-N/（kgMLSS·d）]（假設(shè)20攝氏度時Kde=1）。

水溫12℃時的反硝化速率只有20℃時的54%，從理論上講，在冬季低溫時的反硝化速率僅有夏季的一半。

通過現(xiàn)場試驗，對我廠反硝化濾池TN、COD處理率進(jìn)行分析，投入生水加熱器運行，控制污水處理廠來水溫度為18～25℃時，反硝化速率最高，反硝化脫氮效率最高，碳源的投加量降低，降低運行成本。

4.3 pH的影響

pH值影響硝化和反硝化菌的活性。pH對反硝化速率有重要影響，最適宜pH值范圍為7～8。在pH值為7.85時，反硝化速率達(dá)到最大值0.36kgN03-N/（kgVSS.d）。當(dāng)偏離這一范圍時，反硝化速率顯著下降。在pH值為4.7時，反硝化速率僅為0.033kgN03-N/（kgVSS.d）。

控制反硝化濾池進(jìn)水pH值為7.5～8.0時，通過對我廠反硝化濾池TN處理率進(jìn)行分析，反硝化速率達(dá)到最大值，反硝化濾池進(jìn)水pH值<7.5時，通過中間水泵管式混合器投加氫氧化鈉控制曝氣生物濾池進(jìn)水pH值為：7.5～8.0，再通過硝化液回流提高反硝化濾池進(jìn)水pH值，提高反硝化速率。

4.4 C/N對反硝化的影響

C/N比是影響反硝化細(xì)菌反硝化效能的重要因素。合適的C/N比不僅能夠節(jié)省碳源，減少投資成本，還能保證較好的反硝化效率和效果。

較低的C/N比值有利于亞硝化反應(yīng)的進(jìn)行，但是不利于反硝化反應(yīng)的進(jìn)行。較高的C/N比值不利于亞硝化反應(yīng)的進(jìn)行，但是有利于以有機(jī)物電子供體的反硝化反應(yīng)進(jìn)行。因此若在同一反應(yīng)器同時完成硝化與反硝化，選擇合適的C/N比值才能最大程度發(fā)揮反應(yīng)器的效能，當(dāng)進(jìn)水C/N大于6時，TN的去除率能達(dá)到75%以上。

通過調(diào)整C/N比值現(xiàn)場進(jìn)行試驗，對我廠反硝化濾池TN、COD處理率進(jìn)行分析，我廠控制C/N為4.0時，TN的去除率達(dá)到最高值78%，在保證反硝化濾池出水水質(zhì)合格的情況下，可以降低反硝化濾池碳源的投加量，降低中水制水成本。

4.5 反沖洗對反硝化濾池運行效果的影響

反沖洗是反硝化濾池運行的一個特性。隨著濾池運行時間的增加，填料上生物膜厚度逐漸增厚，此時濾池所截留的懸浮物也不斷增多，從而使濾層阻力增大，系統(tǒng)的水頭損失增加，最后系統(tǒng)不能繼續(xù)進(jìn)水。反硝化濾長時間不進(jìn)行反沖洗，系統(tǒng)出水水質(zhì)也會變差，因此定期反沖洗是反硝化濾池運行的必要條件。

4.5.1 反沖洗條件

反硝化濾池反洗按照單獨氣洗、氣水聯(lián)合沖洗、單獨水洗順控進(jìn)行，其中單獨氣洗8min，氣水聯(lián)合沖洗4min，單獨水洗4min，氣沖洗強(qiáng)度為15L/（m2.s），氣水聯(lián)合反洗強(qiáng)度為4L/（m2.s），水反洗強(qiáng)度為5L/（m2.s）。反硝化濾池反洗周期48h，正常反洗流量控制在：750～800m3/h，反沖洗以濾料上浮為標(biāo)準(zhǔn)。

4.5.2 反硝化濾池濾料板結(jié)及處理

因反硝化濾池投加碳源，導(dǎo)致濾池內(nèi)部濾料板結(jié)，濾料板結(jié)判斷方法：（1）反硝化濾池配水渠液位升高，配水溢流至中間水池。（2）單獨氣洗時，反洗風(fēng)機(jī)穩(wěn)定電流超過額定電流，顯示濾料存在局部板結(jié)的情況。

濾池內(nèi)部濾料板結(jié)處理方法：（1）對該池手動操作運行反沖洗程序，延長濾料氣洗時間，水反洗反洗流量調(diào)整至1100～1200m3/h，反沖洗以濾料上浮為標(biāo)準(zhǔn)。（2）反硝化濾池濾料板結(jié)大流量反洗恢復(fù)后，恢復(fù)正常反洗，反洗流量調(diào)整至750～800m3/h。

5 結(jié)語

（1）我廠反硝化濾池采用間歇培養(yǎng)，接種掛膜，選取污水處理廠新脫水泥餅作為接種污泥，通過悶曝階段、提負(fù)荷階段，持續(xù)40天完成反硝化濾池微生物培養(yǎng)工作，反硝化濾池各項出水指標(biāo)穩(wěn)定。（2）控制反硝化濾池進(jìn)水D0指標(biāo)在：0.2～0.5mg/L時，反硝化脫氮效率最高。（3）投入生水加熱器運行，控制污水處理廠來水溫度為18～25℃時，反硝化速率最高，反硝化脫氮效率最高，碳源的投加量降低。（4）控制反硝化濾池進(jìn)水pH值為7.5～8.0時，反硝化濾池TN處理率最高，反硝化速率達(dá)到最大值。（5）我廠控制C/N為4.0時，TN的去除率達(dá)到最高值，在保證反硝化濾池出水水質(zhì)合格的情況下，可以降低反硝化濾池碳源的投加量，降低中水制水成本。（6）反硝化濾池運行時間長，濾料板結(jié)，通過延長濾料氣洗時間，調(diào)大水反洗反洗流量，能夠有效地消除濾料板結(jié)問題，提高出水水量和出水水質(zhì)。

參考文獻(xiàn)

[1] 宋慧敏.反硝化濾池運行條件優(yōu)化及其脫氮效果影響的研究[D].上海：上海師范大學(xué)，2012.

[2] 陸靜靜.反硝化濾池碳源投加的優(yōu)化控制研究[D].東南大學(xué)，2013.

[3] 魏東，劉廣政，王濤，謝建成，秦曉丹，董彬，李強(qiáng)，張海斌，王宇智，陳雙星.深床反硝化濾池生產(chǎn)性調(diào)試與試驗[C].中國土木工程學(xué)會全國排水委員會，2012.

[4] 楊耀達(dá).污水廠提標(biāo)改造中的反硝化濾池工程設(shè)計與調(diào)試[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017（11）：154.

[5] 楊俊梅.深床反硝化濾池硝酸鹽氮生物降解試驗研究[D].南開大學(xué)，2014.

[6] 高守有，劉雷斌，錢靜，涂曉光，黃鷗，李藝.三種反硝化濾池深度脫氮中試[J].環(huán)境工程，2014（9）：49-55.

[7] 譚新剛.改進(jìn)的生物反硝化濾池在污水深度處理中的應(yīng)用研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2007.