城市污水處理廠(chǎng)生物池好氧段中投加懸浮填料提升污水處理脫氮效果研究

主要考核目標

（1）．優(yōu)選適合該市污水處理廠(chǎng)A/A/O 工藝升級改造的懸浮填料，出水TN 穩定達到一級A 標準。
（2）．確定懸浮填料添加后O 段水力停留時(shí)間、溶解氧、填料投配比等運行參數，為升級改造提供技術(shù)支持。

工作進(jìn)展與結果

1．懸浮填料選型

污水處理廠(chǎng)提標改造的重點(diǎn)在于懸浮填料的選擇，以實(shí)現低溫條件下的出水COD及氨氮穩定達標。
在該試驗中選用了兩種懸浮填料，其中之一是德國LEVAPOR生物膜技術(shù)公司出品的LEVAPOR®懸浮填料。該懸浮填料是德國最新一代用于處理廢水和廢氣的高效微生物載體，已在多個(gè)國家申請了專(zhuān)利保護。LEVAPOR®是表面活性的、有吸收能力的有孔泡沫物質(zhì)。
通過(guò)將有表面活性能力的顏料涂層在泡沫物質(zhì)上形成一種改性物質(zhì)，從而擁有新的物理化學(xué)特性，主要表現為：
1) 體積小，比表面積大，比表面積最大可達20000 m2/m3；
2) 微孔和粗孔的發(fā)泡體有很強的表面吸附能力和吸水性；
3) 具有可調節的密度、沉淀速度、帶電負荷以及導電性；
4) 和其他填料相比，流化床能耗明顯降低。

LEVAPOR®在生物處理工藝中具有如下優(yōu)勢：

1）顯著(zhù)提高生物處理的處理量、速度和穩定性；
2) 有效吸收有毒物質(zhì)和抑制降解的物質(zhì)，保護生物膜；
3）內部的空隙結構有效保護生物膜免受剪切力的影響；
4) 多余污泥能從載體表面自動(dòng)脫落；
5）易于掛膜，兩個(gè)小時(shí)內微生物就能在載體內繁殖生長(cháng)；
6）使用壽命長(cháng)達10年；
7）對已建設施的改擴建方便，節省空間；
8）顯著(zhù)提高廢水廢氣處理能力，投資成本低；
9）剩余污泥量相對活性污泥法明顯減少。
目前已在德國科隆市、烏博塔市、Nordhorn市、亞堔市以及中國黑龍江省寧安市用于市政污水處理廠(chǎng)的廢水脫氮處理，效果優(yōu)異。
此外還選擇了一家國產(chǎn)的懸浮填料，該產(chǎn)品在國內污水處理廠(chǎng)的提標改造工程有過(guò)成功應用，該產(chǎn)品的比表面積在500-600 m2/m3。

2．試驗水質(zhì)確定

本課題的研究是針對該市市待升級的幾個(gè)污水處理廠(chǎng)開(kāi)展工作的。從工藝上講，主要是將填料添加在生物處理單元的好氧池內。綜合考慮微生物營(yíng)養需求，試驗裝置所采用的進(jìn)水水質(zhì)指標為：
COD=150-300mg/L,TN(NH3-N)=15-25mg/L,TP=10mg/L。

3．試驗模型

本課題的試驗模型分為兩類(lèi)。一為填料篩選模型，二為工況試驗模型。
首先制作2 個(gè)填料選擇模型，均為柱狀。外接配水箱與高位水箱，采用穿孔管曝氣，兩個(gè)試驗模型共用一臺風(fēng)機，用流量計加以控制，通氣量為360 L/h。出水采用淹沒(méi)出流。泥種取自污水處理廠(chǎng)二沉池排泥�；旌弦何勰酀舛染S持在3500 mg/L 左右。裝置簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1，在器壁上貼上標尺以便體積讀數。

 
圖1 填料篩選試驗模型

4．靜態(tài)試驗

（1）掛膜
試驗中，選擇德國的LEVAPOR®懸浮填料、國產(chǎn)懸浮填料進(jìn)行掛膜。起初兩種填料均浮于水面， 2 天之后很明顯海綿狀的LEVAPOR®填料開(kāi)始懸浮于水中，而藕片狀的國產(chǎn)懸浮填料依然浮于水面。第5 天后，LEVAPOR®懸浮填料已看得出有絮狀物生長(cháng)，而國產(chǎn)填料上也開(kāi)始變了一點(diǎn)顏色。每天測定出水水質(zhì)， 裝有填料LEVAPOR®的柱子第7 天后出水水質(zhì)基本穩定。此時(shí)，藕片狀的國產(chǎn)填料變化依然不大，25 天后，國產(chǎn)填料也開(kāi)始具有肉眼能看清的結實(shí)的附著(zhù)物，出水水質(zhì)也趨于穩定。
因此，判定在水溫較高時(shí)，LEVAPOR®懸浮填料的掛膜時(shí)間為7天，而國產(chǎn)懸浮填料的掛膜時(shí)間為25 天。
（2）COD 去除試驗
 
圖2 COD 去除效果
（裝置1：LEVAPOR®懸浮填料，裝置2：國產(chǎn)懸浮填料）

掛膜成功后，在2 個(gè)試驗柱內分別取樣，測定其COD 值，見(jiàn)圖2。
從圖2 可以看出，掛膜成功后，連續5 天同一時(shí)間取樣測定進(jìn)、出水COD 值，結果表明，裝置對COD 的去除效果穩定。
所以，當裝置水力停留時(shí)間在2 小時(shí)，對COD 的去除可以達到一級A 標準。

（3）脫氮試驗本實(shí)驗主要是考慮氨氮的去除效果。模擬污水中，氨氮濃度即為總氮濃度。在掛膜成功后，連續10 天測定裝置對氨氮的去除效果，結果見(jiàn)圖3 和圖4。
 
圖3 氨氮濃度變化曲線(xiàn)
（裝置1：LEVAPOR®懸浮填料，裝置2：國產(chǎn)懸浮填料）
從圖3 可以看出，雖然裝置每天的進(jìn)水氨氮濃度有所變化，但出水氨氮濃度均比較穩定。連續7 天的監測結果顯示，氨氮去除率也比較穩定。
實(shí)驗表明，LEVAPOR®懸浮填料和國產(chǎn)懸浮填料對COD 和氨氮的去除效果穩定性均較好。
 

圖4 氨氮去除率穩定性
（藍線(xiàn)：LEVAPOR®懸浮填料，紅線(xiàn)：國產(chǎn)懸浮填料）
（4）最小HRT 試驗
接著(zhù)進(jìn)行了停留時(shí)間對氨氮去除效果的影響實(shí)驗，結果見(jiàn)圖5所示。
 
圖5 停留時(shí)間對氨氮去除效果的影響

可見(jiàn)在2 小時(shí)后氨氮出水濃度小于5mg/L，基本能達到一級A標準的要求。水力停留時(shí)間大于2 小時(shí)后，氨氮濃度依然降低，但速度變緩。因此，在后續試驗中，測定了另外2 套裝置在2 小時(shí)內的氨氮濃度，其變化趨勢見(jiàn)圖6 所示。
 
結果表明，對于裝置2 與裝置3，其氨氮度均在2 小時(shí)內被徹底降解。
（5）最佳投配率試驗
在填料初篩的基礎上，進(jìn)行了投配率試驗。
試驗中， LEVAPOR®懸浮填料的投配率最初采用20%，藕片狀的國產(chǎn)懸浮填料投配率采用30%。起初，在同樣通氣量的狀況下，LEVAPOR®懸浮填料只有部分處于流化狀態(tài)，而國產(chǎn)懸浮填料流化狀態(tài)一直很好。LEVAPOR 生物膜技術(shù)公司建議將投配率改為15%。因此在后續試驗中，LEVAPOR®懸浮填料投配率為20%和15%兩種。
出水指標均能達標的前提下做了LEVAPOR®懸浮填料投配率降低為10%的破壞性試驗，出水水質(zhì)指標也能達標。試驗中國產(chǎn)懸浮填料始終采用30%的投配率。
試驗結果表明，兩種填料在其最佳投配率下，COD 和氨氮的出水水質(zhì)指標均能達到一級A 標準要求，但LEVAPOR®懸浮填料的COD 和氨氮去除率始終優(yōu)于國產(chǎn)填料。
圖7 中裝置1 中LEVAPOR®懸浮填料的投配率為15%，裝置2中國產(chǎn)懸浮填料的投配率為30%。
 
為了了解氨氮去除效果的穩定性，在此基礎上，進(jìn)行了連續9天的監測，結果見(jiàn)圖8。
數據顯示， 兩種填料的氨氮去除效果均較穩定， 且德國LEVAPOR®懸浮填料的去除效果明顯優(yōu)于國產(chǎn)懸浮填料，差別為8%左右。也表現出水溫對氨氮的去除有一定影響。
 

5 連續流試驗

連續流氨氮去除效果試驗
在前面試驗中，COD 去除均能達到出水一級A 要求，連續流試驗主要考察德國LEVAPOR®懸浮填料在水力停留時(shí)間為2 小時(shí)，投配率為15%時(shí)裝置對氨氮的去除效果。結果見(jiàn)圖9。
 

圖9 中數據顯示，出水中氨氮濃度大部分在6mg/L 以下，絕大部分在5mg/L 以下，說(shuō)明出水能滿(mǎn)足一級A 排放標準。其中6-8 小時(shí)的氨氮濃度突然偏高，在11 小時(shí)后，出水氨氮恢復正常。分析原因可能是因為試驗操作錯誤導致。

6．生物量檢測

（1）SEM 電鏡掃描檢測
為了對比，選取了5 個(gè)樣品進(jìn)行生物膜SEM 電鏡掃描檢測。其中，樣品1 為掛膜前的德國LEVAPOR®懸浮填料，樣品2 為掛膜前的國產(chǎn)懸浮填料，樣品3 為掛膜后的德國LEVAPOR®懸浮填料（投配率20%），樣品4 為掛膜后的德國LEVAPOR®懸浮填料（投配率15%），樣品5 為掛膜后的國產(chǎn)懸浮填料（投配率30%）。掃描結果
如下所示：

 

 
7．小結

所有試驗結果表明，好氧段水力停留時(shí)間可縮短為2 小時(shí)。德國LEVAPOR®懸浮填料對COD 和氨氮的去除效果均優(yōu)于國產(chǎn)懸浮填料。其投配率15%最佳，10%也能滿(mǎn)足出水達到一級A 標準的要求。