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(guò)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(shí)，反硝化脫氮效率最高;控制來(lái)水溫度18～25℃時(shí)，反硝化速率最高;控制C/N為4.0時(shí)，TN的去除率能夠達(dá)到出水指標(biāo)要求，反硝化濾池運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，濾料板結(jié)，通過(guò)延長(zhǎng)濾料氣洗時(shí)間，提高水反洗反洗流量，能夠有效地消除濾料板結(jié)問(wèn)題，優(yōu)化反硝化濾池運(yùn)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(lèi)號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）14-0179-02

國(guó)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(jì)原水量：260m3/h，處理水量1046m3/h，進(jìn)水水質(zhì)設(shè)計(jì)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(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

由于污水處理廠來(lái)水水質(zhì)不穩(wěn)定，來(lái)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(yùn)行不穩(wěn)定，微生物活性降低，出水指標(biāo)不穩(wěn)定，部分時(shí)段存在反硝化濾池濾料板結(jié)，濾池降低出力運(yùn)行的情況，通過(guò)研究影響反硝化濾池生物脫氮的因素，對(duì)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(yùn)行條件。

1 反硝化濾池的原理及特點(diǎn)

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(guò)程。就機(jī)理而言，反硝化過(guò)程是一個(gè)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(guò)程。反硝化過(guò)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(duì)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(guò)程中積累的代謝中間產(chǎn)物主要為N2O。反硝化濾池的特點(diǎn)是其內(nèi)部為缺氧環(huán)境，不需要獨(dú)立的曝氣系統(tǒng)，生物膜中的優(yōu)勢(shì)菌種為缺氧反硝化細(xì)菌，反硝化細(xì)菌最合適的生長(zhǎng)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(dòng)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(yùn)行基礎(chǔ)。生物膜工藝的生物膜掛膜啟動(dòng)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(yùn)輸條件允許，選用污水處理廠二沉池回流污泥。（2）如果運(yùn)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(diǎn)

如圖1所示。

活性污泥投加說(shuō)明：

（1）將拉活性污泥的拉泥車(chē)、中轉(zhuǎn)箱放至生化間與中水控制室之間過(guò)道。（2）一臺(tái)潛水泵裝在#2原水池內(nèi)向中轉(zhuǎn)箱內(nèi)打原水，一臺(tái)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(guò)原水泵打入反硝化濾池，進(jìn)而堵塞長(zhǎng)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(dòng)門(mén)、#2原水池進(jìn)水手動(dòng)門(mén);關(guān)閉#2原水池出水手動(dòng)門(mén);關(guān)閉#1、#2原水池旁路手動(dòng)門(mén);關(guān)閉事故水池至#1、#2原水池補(bǔ)水總門(mén);打開(kāi)#1原水池出水手動(dòng)門(mén);打開(kāi)#1、#2、#3反硝化生物濾池進(jìn)水手動(dòng)門(mén)、氣動(dòng)門(mén)。（2）關(guān)閉#1、#2、#3反硝化生物濾池反洗進(jìn)氣氣動(dòng)門(mén);關(guān)閉#1、#2、#3反硝化生物濾池反洗進(jìn)水氣動(dòng)門(mén);關(guān)閉#1、#2、#3反硝化生物濾池反洗排水氣動(dòng)門(mén)。（3）啟動(dòng)#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(yùn)#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(kāi)#1、#2、#3反硝化生物濾池進(jìn)水氣動(dòng)門(mén)、手動(dòng)門(mén)，啟動(dòng)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(yùn)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(kāi)#1、#2原水池出水手動(dòng)門(mén)，根據(jù)原水池液位情況進(jìn)行補(bǔ)水;打開(kāi)#1、#2、#3反硝化進(jìn)水氣動(dòng)門(mén)、手動(dòng)門(mén);打開(kāi)#1、#2、#3、#4、#5、#6曝氣生物濾池進(jìn)水氣動(dòng)門(mén)、手動(dòng)門(mén)，出水氣動(dòng)門(mén)、手動(dòng)門(mén)。（2）啟動(dòng)#1、#2、#3、#4、#5、#6曝氣生物濾池供氧風(fēng)機(jī)，啟動(dòng)原水泵向反硝化進(jìn)水，根據(jù)中間水池液位啟動(dòng)中間水泵向曝氣生物濾池進(jìn)水，啟動(dòng)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(gè)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(duì)D0質(zhì)量濃度實(shí)行控制的條件下，可同時(shí)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(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化的條件?？刂品聪趸?/p>

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，對(duì)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(shí)，反硝化脫氮效率最高。

4.2 水溫對(duì)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(jì)算了不同溫度時(shí)的脫氮速率Kde[kgN03-N/（kgMLSS·d）]（假設(shè)20攝氏度時(shí)Kde=1）。

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

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，對(duì)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(yùn)行，控制污水處理廠來(lái)水溫度為18～25℃時(shí)，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(yùn)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(duì)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(shí)，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(shí)，反硝化速率顯著下降。在pH值為4.7時(shí)，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(shí)，通過(guò)對(duì)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(shí)，通過(guò)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(guò)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(duì)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(shí)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(shí)，TN的去除率能達(dá)到75%以上。

通過(guò)調(diào)整C/N比值現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)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(shí)，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(duì)反硝化濾池運(yùn)行效果的影響

反沖洗是反硝化濾池運(yùn)行的一個(gè)特性。隨著濾池運(yùn)行時(shí)間的增加，填料上生物膜厚度逐漸增厚，此時(shí)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(zhǎng)時(shí)間不進(jìn)行反沖洗，系統(tǒng)出水水質(zhì)也會(huì)變差，因此定期反沖洗是反硝化濾池運(yùn)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(dú)氣洗、氣水聯(lián)合沖洗、單獨(dú)水洗順控進(jìn)行，其中單獨(dú)氣洗8min，氣水聯(lián)合沖洗4min，單獨(dú)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(dú)氣洗時(shí)，反洗風(fēng)機(jī)穩(wěn)定電流超過(guò)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(duì)該池手動(dòng)操作運(yùn)行反沖洗程序，延長(zhǎng)濾料氣洗時(shí)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(yǔ)

（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(guò)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(xiàng)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(shí)，反硝化脫氮效率最高。（3）投入生水加熱器運(yùn)行，控制污水處理廠來(lái)水溫度為18～25℃時(shí)，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(shí)，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(shí)，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(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，濾料板結(jié)，通過(guò)延長(zhǎng)濾料氣洗時(shí)間，調(diào)大水反洗反洗流量，能夠有效地消除濾料板結(jié)問(wèn)題，提高出水水量和出水水質(zhì)。

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