城镇污水处理厂硫自养反硝化深度脱氮研究

朱长军， 郭龙龙， 李崴峰， 郝文龙

(1.河北工程大学 能源与环境工程学院，河北 邯郸 056038；2.河海大学 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏 南京 210009；3.邯郸市市政排水有限责任公司东污水处理厂，河北 邯郸 056004)

随着水污染治理工作的不断深入，城镇污水处理厂污染物排放标准的提高已势在必行[1]。由于大部分已投运的城镇污水处理厂采用的是传统污水处理工艺，对化学需氧量(COD)、氨氮(NH3-N)的去除效率较高，但对总氮(TN)的去除能力有限[1-2]。为了对标新的地方排放标准，也为了避免过多的TN排入环境水体造成污染，污水处理厂需要通过增加深度脱氮单元来完成TN高标准排放的提标改造任务。深度脱氮工艺主要分为物化法和生物法，物化脱氮工艺由于运行成本高和操作过程复杂在实际城镇污水处理厂深度脱氮改造工程中并不常用[3]；而生物法深度脱氮如反硝化滤池工艺已广泛应用于污水处理厂深度脱氮，且实际运行效果优异，具有脱氮效率高、工艺过程简单和运行成本可控的优势[4-5]。

实验室的成果若要在实际生产中应用，需要通过现场中试来获取工艺设计参数，并进一步改进优化运行过程。为了探究硫自养反硝化滤池用于城镇污水处理厂中水的实际脱氮效能及运行成本，本研究以邯郸市东污水处理厂为研究对象，通过模拟实际生产情况设置中试实验，分析中试运行问题并核算运行成本，以期为硫自养反硝化滤池在城镇污水厂中的实际应用提供参考。

1 中试过程与方法

1.1 中试情况概述

1.2 中试装置

硫自养反硝化滤池中试工艺流程及实验装置如图1—图3所示，其中砂滤罐高2 m，直径1.6 m，内装石英砂滤料1.8 m3；硫自养反硝化滤罐体高为4.5 m，内径为1.6 m，有效体积8.5 m3，罐内距罐底1 m处设置滤板及350 mm厚度卵石承托层，上覆固定化载体包埋硫自养反硝化菌的滤料2.15 m，滤料体积3.5 m3；两罐共配一套反冲洗水泵系统，硫自养反硝化罐另设一套罗茨风机协助反冲气洗。

图1 中试工艺流程图Fig.1 Pilot-scale process flow diagram

图2 中试主要装置图Fig.2 Main equipment of pilot-scale

图3 硫自养反硝化滤罐结构示意图Fig.3 Schematic diagram of sulfur autotrophic denitrifying filter tank

1.3 中试进水与启动

表1 中试进水水质统计表

1.4 检测项目与方法

2 结果与分析

2.1 启动阶段浓度变化情况

注：am指第n天的上午，pm指第n天的下午。图4 启动阶段浓度变化情况Fig.4 The concentration change of during the start-up phase

2.2 中试阶段变化情况

图5 中试阶段变化情况Fig.5 The change of and pH in pilot phase

中试全程进水的pH在6.59～7.69，出水的pH在6.29～7.40，出水的 pH 值明显低于进水。根据中试反应机理，自养反硝化是一个产生H+的过程，这样会造成系统的pH值下降，而硫自养反硝化微生物最适pH值为6～8，故中试pH值虽然下降，但也能维持在6.20以上，并不会抑制硫自养反硝化微生物的活性。同时也能满足出水pH指标达到6～9的要求。

2.3 出水水质对比

表2 污水厂出水—中试出水对比表(周检)

2.4 其他效益分析

中试运行成本主要包含滤料消耗成本及运行电费成本。经过40余天(1/9 a)的持续流进水，系统总处理水量为9 000 m3，硫自养反硝化罐内滤料厚度无明显下降，根据厂方滤料报价，参考其他项目计算滤料消耗成本为0.07 元/m3；运行电费成本主要来自进水泵和反冲装置，由于反冲洗运行次数少且每次运行时间短，电耗费用可以忽略不计，因此主要考虑进水泵电耗情况，进水泵为2.2 kW变频泵，电价按照0.55 元/ kW·h(大工业用电)计，直接运行电费为0.06 元/m3；故本次中试直接运行成本为0.13 元/m3。考虑本次中试所选用水泵的功率偏大，在运行期间通过外排来控制流量，因此一定程度上增加了处理费用。

3 结论

3)本次中试直接运行成本为0.13 元/m3，主要为中试运行电费成本较高，大规模应用后的直接处理费用应低于该值。