生物濾池用于污水處理廠提標改造工程的調試及運行

劉芝芳　金希玉　康媞

摘 要：針對采用一體化氧化溝工藝的污水處理廠存在的出水總氮、總磷及懸浮物指標不能達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002）一級A標準的現狀，為達到脫氮的目標，經方案比選，采取“生物濾池+化學除磷”作為后續深度處理工藝。通過實施貴州省某縣污水處理廠提標改造示范工程驗證，最終出水水質可達到一級A標準。

關鍵詞：提標改造；一級A標準；一體化氧化溝；生物濾池

前言

某縣污水處理廠設計處理規模為5000m3/d，污水處理廠于2010年通過環?！叭瑫r”驗收，主體工藝為一體化氧化溝，目前污水處理廠為滿負荷運行，出水水質執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002）一級B標準。該污水處理廠目前為滿負荷運行，出水水質除COD外，氨氮、總氮、總磷幾項指標均不能穩定達到一級A標。某縣污水處理廠尾水最終排入邛水河，邛水河屬沅水水系，至錦屏縣城匯入貴州省清水江，清水江為貴州省重點流域，根據國家政策，排入重點流域的污水應執行一級A標準。因此，無論是從政策要求，還是從改善水環境質量角度，某縣污水處理廠的提標改造工作都勢在必行。

1 污水處理廠運行現狀

1.1 一體化氧化溝污水處理廠工藝流程

1.2 實際運行參數情況

某縣污水處理廠進水COD小于150mg/L、氨氮為20-30mg/L、總氮為30-40mg/L、總磷為2-4mg/L，實際運行參數情況如表1所示。

1.3 存在問題及原因分析

（1）污水處理廠實際進水水質與設計進水水質相差較大，進水COD濃度偏低，氨氮濃度偏高，C/N偏小，原設計的供氧量及硝化時間不足，導致氨氮不能穩定達到一級A標。（2）由于進水COD偏低，污水進入反硝化階段時，已沒有足夠碳源支持微生物的反硝化反應，導致出水總氮偏高。（3）現有工藝除磷效果差，有研究表明，硝態氮濃度高時，會影響生物除磷效果，當NO3-達到2mg/L以上就影響磷的釋放[2]。

2 提標改造方案及調試運行

2.1 提標改造方案

某縣污水處理廠預留用地少，經過方案比選，考慮采用占地面積小的曝氣生物濾池來達到脫氮、同時去除懸浮物的目的。由于生物法除磷波動性大、效果不穩定[1]，很難單純通過現有工藝使總磷達到一級A標要求，因此考慮后端增設化學強化除磷環節。最終確定改造方案為：將某縣污水處理廠出水引出部分，進入“兩級曝氣生物濾池+PAC化學除磷”裝置中進行中試。改造后工藝流程如圖2所示。

污水廠出水通過提升泵輸送至一級生物濾池，利用鼓風機曝氣，污水經一級生物濾池進入二級生物濾池，通過控制風量來控制二級生物濾池溶解氧濃度，提供好氧—缺氧的環境進行硝化—反硝化反應，進而去除總氮，同時向一級生物濾池中投加一定量的PAC去除水中的磷酸鹽，使最終出水水質達到一級A標再排放。

2.2 工程設計參數

2.2.1 設計規模

為保證處理效果，降低示范工程前期投資，將設計規模定為300m3/d。

2.2.2設計進出水指標

該示范工程的技術路線是在現有污水處理廠工藝后接生物濾池，對總氮和總磷進一步處理。故進水水質以某縣污水處理廠出水水質作為參考確定，出水水質執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級A標。

2.2.3 生物濾池設計參數

在現有污水處理廠一體化氧化溝出水端設計2座生物濾池，為串聯形式，前一級為碳化/硝化濾池，后一級為反硝化濾池，濾池設計直徑為2.0m，總高5.0m，內部填料為火山巖生物濾料，填料層高度為2.5m。

2.3 調試運行情況

2.3.1 啟動調試階段

（1）啟動裝置進水，悶曝。用泵將污水處理廠格柵池的水泵入兩組串聯生物濾池，每兩天進一次水，每次進水1.5h，同時啟動鼓風機悶曝，該階段持續1周。（2）悶曝一周后，改為每天進一次水，每次進水1.5h，連續曝氣，該階段持續10天。期間對兩組生物濾池出水每天分別采樣一次進行監測，監測COD指標。（3）待出水穩定后，進一步提高進水負荷。每天進兩次水，對進出水水質監測，監測指標為CODCr、氨氮、總磷。

監測結果顯示，CODCr去除較明顯，說明已經掛膜成功。

2.3.2 連續運行調試階段

從連續進水階段的進出水指標看，運行幾天后，氨氮有較大的去除，從進水的25-35mg/L，到出水的0.5mg/L以下，連續3天氨氮的去除率平均為98%。但總氮的去除率較低，幾乎沒有去除，原因是該階段絕大部分氨氮轉化為硝態氮，而未進入反硝化階段。

從監測數據看，在進水長期CODcr較低的情況下，生物濾池中硝化菌已生長成熟?？梢赃M入下一步運行階段，即將一體化氧化溝出水接入生物濾池運行。

3 運行效果

3.1 連續進水運行效果

（1）生物濾池進水CODCr、氨氮偏低，出水CODCr和氨氮可穩定達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級A標。（2）運行中未外加除磷藥劑，總磷指標還未達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級A標。（3）經過兩級生物濾池處理后出水總氮在14.0～25.0mg/L，總氮去除效率較低，出水總氮未達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級A標排放標準。分析其主要原因是進水CODCr較低，存在反硝化濾池中碳源不足的問題。反硝化過程是通過反硝化細菌在缺氧條件下，以有機底質為電子受體將NO2-和NO3-還原成N2的過程，濾池中碳源不足，造成反硝化效率不高[3]；再者由于二級反硝化濾池水力停留時間約43min，存在停留時間較短的問題。因此后續運行時，將一級生物濾池停止曝氣，兩級生物濾池全部轉化為反硝化濾池，同時在生物濾池前端補充碳源葡萄糖和化學除磷劑PAC。

3.2 脫氮除磷運行效果

補充碳源同時投加化學除磷劑運行1個月，從監測數據看，投加碳源連續運行情況下：

（1）生物濾池進水CODCr偏低，基本都在30mg/L左右，經投加碳源后，從一級和二級生物濾池數據來看，大多呈現CODCr逐級降低的情況，出水CODCr維持在50mg/L以下，可穩定達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級A標。（2）投加碳源后，總氮呈逐漸降低的趨勢。生物濾池進水總氮在8.2-20.8mg/L，經過兩級生物濾池處理后，出水總氮在1.0-11.8mg/L，去除率為34%-77%，出水可穩定達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級A標。（3）投加除磷劑后，出水總磷維持在0.2-0.4mg/L，可達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級A標要求。

4 工程投資及運行費用

某縣污水處理廠按設計規模5000m3/d的提標改造工程做費用估算，需增加土建費用為28萬元，設備費用163.7萬元，工程其他費用45.8萬元，總投資增加額為237.5萬元，折合噸水投資增加額475元。運行期藥劑費75元/天，電費455元/天，每天運行費用530元（不含人工費），折合噸水運行費用增加額為0.11元。

5 結論及建議

5.1 結論

（1）針對工程設計參數合理，運行工況正常，但出水氨氮、總氮、總磷不能穩定達一級A標準的污水廠，可在現有氧化溝后增加具有硝化及反硝化功能的生物濾池。（2）生物濾池工藝處理污水處理廠出水可使氨氮達到一級A標準，總氮的脫除需另外投加碳源維持反硝化過程，同時需投加化學除磷劑，才能使最終出水的總氮、總磷濃度達到一級A標準的要求。（3）采用污水處理廠進水進行前期調試，可加快掛膜過程。

5.2 建議

由于時間限制和水平原因，所做的工作還有待完善和拓展，因此對以后的研究工作提出以下建議：

（1）針對采用生物濾池的提標改造技術路線，建議對濾料粒徑的適用性進行深入研究，解決后期堵塞問題。（2）由于污水廠出水一般情況下CODcr較低，為了更好的促進反硝化反應，需要額外補充碳源，建議通過工程試驗，篩選最佳碳源。（3）本次示范工程僅僅以生物濾池作為提標改造技術路線，通過調查的全省47家污水廠存在的不同問題，可因地制宜采取更適用的改造工藝。（4）縣級污水處理廠提標改造后，建議由專業技術人員進行效果跟蹤和記錄。

參考文獻

[1]關鵬程.生物法除磷的研究進展[J].山西建筑，2010，36（14）：183-184.