城市污水处理厂生物池好氧段中投加悬浮填料提升污水处理脱氮效果
主要考核目标
(1).优选适合该市污水处理厂A/A/O 工艺升级改造的悬浮填料，出水TN 稳定达到一级A 标准。
(2).确定悬浮填料添加后O 段水力停留时间、溶解氧、填料投配比等运行参数，为升级改造提供技术支持。
工作进展与结果
1.悬浮填料选型
污水处理厂提标改造的重点在于悬浮填料的选择，以实现低温条件下的出水COD及氨氮稳定达标。
LEVAPOR?是表面活性的、有吸收能力的有孔泡沫物质。
通过将有表面活性能力的颜料涂层在泡沫物质上形成一种改性物质，从而拥有新的物理化学特性，主要表现为：
1) 体积小，比表面积大，比表面积最大可达20000 m2/m3;
2) 微孔和粗孔的发泡体有很强的表面吸附能力和吸水性;
3) 具有可调节的密度、沉淀速度、带电负荷以及导电性;
4) 和其他填料相比，流化床能耗明显降低。
LEVAPOR?在生物处理工艺中具有如下优势：
1)显著提高生物处理的处理量、速度和稳定性;
2) 有效吸收有毒物质和抑制降解的物质，保护生物膜;
3)内部的空隙结构有效保护生物膜免受剪切力的影响;
4) 多余污泥能从载体表面自动脱落;
5)易于挂膜，两个小时内微生物就能在载体内繁殖生长;
6)使用寿命长达10年;
7)对已建设施的改扩建方便，节省空间;
8)显著提高废水废气处理能力，投资成本低;
9)剩余污泥量相对活性污泥法明显减少。
此外还选择了一家国产的悬浮填料，该产品在国内污水处理厂的提标改造工程有过成功应用，该产品的比表面积在500-600 m2/m3。
2.试验水质确定
本课题的研究是针对该市市待升级的几个污水处理厂开展工作的。从工艺上讲，主要是将填料添加在生物处理单元的好氧池内。综合考虑微生物营养需求，试验装置所采用的进水水质指标为：
COD=150-300mg/L,TN(NH3-N)=15-25mg/L,TP=10mg/L。
3.试验模型
本课题的试验模型分为两类。一为填料筛选模型，二为工况试验模型。
首先制作2 个填料选择模型，均为柱状。外接配水箱与高位水箱，采用穿孔管曝气，两个试验模型共用一台风机，用流量计加以控制，通气量为360 L/h。出水采用淹没出流。泥种取自污水处理厂二沉池排泥。混合液污泥浓度维持在3500 mg/L 左右。装置简图见图1，在器壁上贴上标尺以便体积读数。
图1 填料筛选试验模型
4.静态试验
(1)挂膜
试验中，选择LEVAPOR?悬浮填料、国产悬浮填料进行挂膜。起初两种填料均浮于水面， 2 天之后很明显海绵状的LEVAPOR?填料开始悬浮于水中，而藕片状的国产悬浮填料依然浮于水面。第5 天后，LEVAPOR?悬浮填料已看得出有絮状物生长，而国产填料上也开始变了一点颜色。每天测定出水水质， 装有填料LEVAPOR?的柱子第7 天后出水水质基本稳定。此时，藕片状的国产填料变化依然不大，25 天后，国产填料也开始具有肉眼能看清的结实的附着物，出水水质也趋于稳定。
因此，判定在水温较高时，LEVAPOR?悬浮填料的挂膜时间为7天，而国产悬浮填料的挂膜时间为25 天。
(2)COD 去除试验
图2 COD 去除效果
(装置1：LEVAPOR?悬浮填料，装置2：国产悬浮填料)
挂膜成功后，在2 个试验柱内分别取样，测定其COD 值，见图2。
从图2 可以看出，挂膜成功后，连续5 天同一时间取样测定进、出水COD 值，结果表明，装置对COD 的去除效果稳定。
所以，当装置水力停留时间在2 小时，对COD 的去除可以达到一级A 标准。
(3)脱氮试验本实验主要是考虑氨氮的去除效果。模拟污水中，氨氮浓度即为总氮浓度。在挂膜成功后，连续10 天测定装置对氨氮的去除效果，结果见图3 和图4。
图3 氨氮浓度变化曲线
(装置1：LEVAPOR?悬浮填料，装置2：国产悬浮填料)
从图3 可以看出，虽然装置每天的进水氨氮浓度有所变化，但出水氨氮浓度均比较稳定。连续7 天的监测结果显示，氨氮去除率也比较稳定。
实验表明，LEVAPOR?悬浮填料和国产悬浮填料对COD 和氨氮的去除效果稳定性均较好。
图4 氨氮去除率稳定性
(蓝线：LEVAPOR?悬浮填料，红线：国产悬浮填料)
(4)最小HRT 试验
接着进行了停留时间对氨氮去除效果的影响实验，结果见图5所示。
图5 停留时间对氨氮去除效果的影响
可见在2 小时后氨氮出水浓度小于5mg/L，基本能达到一级A标准的要求。水力停留时间大于2 小时后，氨氮浓度依然降低，但速度变缓。因此，在后续试验中，测定了另外2 套装置在2 小时内的氨氮浓度，其变化趋势见图6 所示。
结果表明，对于装置2 与装置3，其氨氮度均在2 小时内被彻底降解。
(5)最佳投配率试验
在填料初筛的基础上，进行了投配率试验。
试验中， LEVAPOR?悬浮填料的投配率最初采用20%，藕片状的国产悬浮填料投配率采用30%。起初，在同样通气量的状况下，LEVAPOR?悬浮填料只有部分处于流化状态，而国产悬浮填料流化状态一直很好。LEVAPOR 生物膜技术公司建议将投配率改为15%。因此在后续试验中，LEVAPOR?悬浮填料投配率为20%和15%两种。
出水指标均能达标的前提下做了LEVAPOR?悬浮填料投配率降低为10%的破坏性试验，出水水质指标也能达标。试验中国产悬浮填料始终采用30%的投配率。
试验结果表明，两种填料在其最佳投配率下，COD 和氨氮的出水水质指标均能达到一级A 标准要求，但LEVAPOR?悬浮填料的COD 和氨氮去除率始终优于国产填料。
图7 中装置1 中LEVAPOR?悬浮填料的投配率为15%，装置2中国产悬浮填料的投配率为30%。
为了了解氨氮去除效果的稳定性，在此基础上，进行了连续9天的监测，结果见图8。
数据显示， 两种填料的氨氮去除效果均较稳定， 且德国LEVAPOR?悬浮填料的去除效果明显优于国产悬浮填料，差别为8%左右。也表现出水温对氨氮的去除有一定影响。
5 连续流试验
连续流氨氮去除效果试验
在前面试验中，COD 去除均能达到出水一级A 要求，连续流试验主要考察LEVAPOR?悬浮填料在水力停留时间为2 小时，投配率为15%时装置对氨氮的去除效果。结果见图9。
图9 中数据显示，出水中氨氮浓度大部分在6mg/L 以下，绝大部分在5mg/L 以下，说明出水能满足一级A 排放标准。其中6-8 小时的氨氮浓度突然偏高，在11 小时后，出水氨氮恢复正常。分析原因可能是因为试验操作错误导致。
6.生物量检测
(1)SEM 电镜扫描检测
为了对比，选取了5 个样品进行生物膜SEM 电镜扫描检测。其中，样品1 为挂膜前的LEVAPOR?悬浮填料，样品2 为挂膜前的国产悬浮填料，样品3 为挂膜后的LEVAPOR?悬浮填料(投配率20%)，样品4 为挂膜后的LEVAPOR?悬浮填料(投配率15%)，样品5 为挂膜后的国产悬浮填料(投配率30%)。扫描结果
如下所示：
7.小结
所有试验结果表明，好氧段水力停留时间可缩短为2 小时。LEVAPOR?悬浮填料对COD 和氨氮的去除效果均优于国产悬浮填料。其投配率15%最佳，10%也能满足出水达到一级A 标准的要求。
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