反硝化滤池调试方案.docx

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反硝化滤池调试方案

Denite®深床反硝化滤池

调试方案

******************（苏州）有限公司上海浦东分公司

2017年

1.

Denite®深床反硝化滤池简介

1.1反硝化工艺原理及特点

反硝化反应（denitrification）

反硝化反应是由一群异养型微生物完成的生物化学过程。

在缺氧（不存在分子态溶解氧）的条件下，将亚硝酸根和硝酸根还原成氮气、一氧化氮或氧化二氮。

当有溶解氧存在时，反硝化菌分解有机物利用分子态氧作为最终电子受体。

在无溶解氧的情况下，反硝化菌利用硝酸盐和亚硝酸盐中的N5+和N3+作为能量代谢中的电子受体，O2-作为受氢体生成H2O和OH-碱度，有机物作为碳源及电子供体提供能量并被氧化稳定。

生物反硝化过程可用以下二式表示：

2NO2-十6H（电子供体有机物）N2十2H2O十2OH-（1-1）

2NO3-十9H（电子供体有机物）N2十3H2O十3OH-（1-2）

反硝化过程中亚硝酸根和硝酸根的转化是通过反硝化细菌的同化作用和异化作用来完成的。

同化作用是指亚硝酸根和硝酸根被还原成氨氮，用来合成新微生物的细胞、氮成为细胞质的成分的过程。

异化作用是指亚硝酸根和硝酸根被还原为氮气、一氧化氮或一氧化二氮等气态物质的过程，其中主要成分是氮气。

异化作用去除的氮约占总去除量的70-75%。

反硝化过程的产物因参与反硝化反应的做生物种类和环境因素的不同而有所不同。

例如，pH值低于7.3时，一氧化二氮的产量会增加。

当游离态氧和化合态氧同时存在时，微生物优先选择游离态氧作为含碳有机物氧化的电子受体。

因此，为了保证反硝化的顺利进行，必须确保废水处理系统反硝化部分的缺氧状态。

废水中的含碳有机物可以作为反硝化过程的电子供体。

由式（1-1）计算，转化1g亚硝酸盐氮为氮气时，需要有机物（以BOD5表示）1.71g，转化1g硝酸盐氮为氮气时，需要有机物（以BOD5表示）2.87g，与此同时产生3.57g碱度（以CaCO3计）。

如果废水中不含溶解氧，为使反硝化进行完全，所需碳源、有机物（以BOD5表示）总量可用下式计算:

C——1.71[NO2-N]十2.86[NO3-N]（1-3）

式中:

C反硝化过程有机物需要量（以BOD5表示），mg/L;

[NO2–N]——亚硝酸盐浓度，mg/L；

[NO3-N]——硝酸盐浓度，mg/L。

当废水中碳源有机物不足时，可补充投加易于生物降解的碳源有机物，如甲醇等。

同时考虑同化及异化两个代谢过程的反硝化反应可用下式表示：

NO2-十0.67CH3OH十0.53H2CO3—→0.04C5H7NO3十0.48N2十1.23H2O十HCO3-（1-4）

NO3-+1.08CH3OH十0.24H2CO3—→0.056C3H7NO3十0.47N2十1.68H2O十HCO3-（1-5）

由式（2-4）和式（2-5）可以计算，每还原1g亚硝酸盐氮和1g硝酸盐氮为氮气时，分别需要甲醇1.53g和2.47g。

为了降低运行成本，可以用城市废水或工业废水作为碳源。

废水中一部分易生物降解的有机碳可以作为反硝化的碳源被微生物利用。

另一部分有机物则是可慢速生物降解的颗粒性或溶解性有机物，虽可作为反硝化的碳源，但会使反硝化的速率降低。

其余的不可生物降解有机物，不能作为反硝化的碳源。

根据有机碳源的不同，Barnard提出反硝化速率可以分为三个不同的速率阶段。

第一阶段在5~15min内，反硝化速率为50mg/（L·h），该阶段利用易生物降解的可溶性有机物作为碳源。

第二阶段速率为16mg/（L·h），用不溶或复杂的可溶性有机物作碳源，这一阶段一直延续到外部碳源用尽为止。

第三阶段反硝化速率为5.4mg/（L·h），用微生物内源代谢产物作碳源。

1.2生物反硝化的影晌因素

1）温度

温度对反硝化速率的影响与反硝化设备的类型（做生物的悬浮生长型与附着生长型）及硝酸盐氮负荷有关。

反硝化反应的最适宜温度范围是20~40℃，低于5℃时反应速率会下降。

为在低温条件下提高反硝化速率，可以采取延长污泥龄、降低负荷率和提高废水的水力停留时间等方法。

2）pH值

反硝化过程的最适宜pH值为7.0~7.5，不适宜的pH值影响反硝化菌的增殖和酶的活性。

当pH值低于6.0或高于8.0时，反硝化会受到明显的抑制。

反硝化过程中会产生碱度，这有助于把pH值保持在所需范围内，并补充在硝化过程中消耗的一部分碱度。

理论计算表明，每还原1g硝酸盐氮产生3.5g碱度（以CaCO3计），但实测值低于理论计算值。

对于悬浮生长型反硝化系统，此值为2.89g，而对于附着生长型反硝化系统，此值为2.95g。

3）溶解氧

微生物反硝化需要保持严格的缺氧条件。

溶解氧对反硝化过程有抑制作用，这主要是因为氧会与硝酸盐竞争电子供体，同时分子态氧也会抑制硝酸盐还原酶的合成及其活性。

溶解氧对反硝化抑制作用的对比试验结果表明，当溶解氧为0mg/L时，硝酸盐的去除率为100%，而溶解氧为0.2mg/L时，则无明显的反硝化作用。

一般认为，活性污泥系统中，溶解氧应保持在0.5mg/L以下，才能使反硝化反应正常进行。

但在附着生长系统中，由于生物膜对氧传递的阻力较大，可以允许有较高的溶解氧浓度。

4）碳源有机物

反硝化反应是由异养微生物完成的生化反应，它们在溶解氧浓度极低的条件下利用硝酸盐中的氧作为电子受体，有机物作为碳源及电子供体。

碳源物质不同，反硝化速率也不同。

5）碳氮比

如上所述，理论上将1g硝酸盐氮还原为氮气需要碳源有机物（以BOD5表示）2.86g。

一般认为，当反硝化反应器中废水的BOD5/TKN值大于4~6时，可以认为碳源充足。

在单级活性污泥系统单一缺氧池前置反硝化（A/O）工艺中，碳氮比需求可高达8，这是因为城市废水成分复杂，常常只有一部分快速生物降解的BOD5可用作反硝化的碳源物质。

6）有毒物质

反硝化菌对有毒物质的敏感性比硝化菌低得多，与一般好氧异养菌相同。

在应用一般好氧异养菌的抑制或毒性的文献数据时，应该考虑微生物被驯化的作用。

通过试验得出反硝化菌对抑制和有毒物质的允许浓度。

反硝化滤池属于缺氧生物膜法工艺，生物膜法污泥浓度极高，缺氧生物膜法约为20g/L左右，远远高于常规活性污泥法的3-5g/L，水流方向为降流式，从上而下经过生物填料层，具有推流生物反应器的特点，且生物附着于填料表面不断更新，不存在污泥流失等问题，也不存在泥龄等限制，这决定了该工艺的特点：

Ø反应效率高，具有高度的硝化与脱氮功能；

Ø对水质水量的变化有较强的适应性；

Ø对低浓度的污水也能进行有效的处理；

Ø生物膜法工艺中脱落的生物膜，易于固液分离，沉淀池的处理效果良好，即使丝状菌异常增殖，也不像活性污泥法那样产生污泥膨胀现象；

Ø污泥产率低，节省污泥处理费用；

Ø负荷高，占地非常节省。

1.3化学除磷原理

通过混凝剂与污水中的磷酸盐反应，生成难溶的含磷化合物与絮凝体，可以使污水中的磷分离出来，达到除磷的目的，化学除磷常用的混凝剂有石灰（钙盐）、铝盐和铁盐等。

铁离子与磷酸盐的反应同铝离子与磷酸盐的反应十分相似，生成物为FeSO4与Fe（OH）3。

国内常用的铁盐混凝剂有三氯化铁FeCL3、硫酸亚铁等。

铁盐的投加条件与铝盐十分相似。

混凝剂的投加量不仅取决于药剂的种类，而且还与生化系统的设计条件、污水水质以及后续固液分离方式有关。

在有条件时，应根据试验来确定合理的投加量。

应根据三级处理流程的竖向水力衔接条件考虑选择混合单元的工艺形式。

当三级处理前设置中间提升泵站时，可采用水泵混合、静态混合等方式。

当流程水力衔接的水头较小时，宜先采用机械混合装置，而尽量避免采用隔板混合池，以防止因隔板上大量蘖生生物膜而影响出水水质的情况发生。

在采用滤池过滤时，也可采用微絮凝直接过滤的方式，利用滤池独特的扰流效果完成絮凝和SS截留过程。

1.4深床反硝化滤池

本次深度处理工艺主要目的为去除SS/TN/TP，采用深床滤池微絮凝直接过滤。

冬季可作为去除TN的保障措施，深床滤池可作为反硝化深床滤池使用，使得SS及TN出水达到设计要求。

反硝化深床滤池工艺流程图如下：

图1-1

DeepBedTMFilter（深床滤池）是迪诺拉公司独特的过滤处理工艺。

滤料采用2～3mm石英砂介质，滤床深度可达1.83m，滤池可保证出水SS低于10mg/l、通常5mg/L以下。

绝大多数滤池表层很容易堵塞，很快失去水头，而水环纯独特的均质石英砂允许固体杂质透过滤床的表层，深入数英尺的滤料中，达到整个滤池纵深截留固体物。

图1-3：

过滤介质：

石英砂

滤池需定期反冲洗，反冲洗模拟人的搓手模式，大量强有力的空气使滤料相互搓擦，使截留的SS全部清洗出池，清洗率达到100％，冲洗用水仅为总量2％～4％。

滤池运行如下图所示：

图1-4：

气洗图1-5：

气水同时反冲

图1-6：

水洗图1-7：

过滤

Denite®DeepBedTMFilter（反硝化深床滤池）是集生物脱氮及过滤功能合二为一的处理单元。

是水环纯公司独特领先全球的脱氮及过滤并举的先进处理工艺。

1969年世界上第一个反硝化滤池即诞生在STS/Tetra公司。

近40年来STS/Tetra的反硝化滤池在全世界有上百个系统在正常运行着。

反硝化滤池采用特殊规格及形状的石英砂作为反硝化生物的挂膜介质，同时深床又是硝酸氮（NO3-N）及悬浮物极好的去除构筑物。

2~4毫米介质的比表面积较大。

1.83m深介质的滤床足以避免窜流或穿透现象,即使前段处理工艺发生污泥膨胀或异常情况也不会使滤床发生水力穿透。

介质有极好的悬浮物截留功效，在反冲洗周期区间，每m2过滤面积能保证截留≥7.3kg的固体悬浮物。

固体物负荷高的特性大大延长了滤池过滤周期，减少了反冲洗次数，并能轻松应对峰值流量或处理厂污泥膨胀等异常情况。

悬浮物不断的被截留会增加水头损失，因此需要反冲洗来去除截留的固体物。

由于固体物负荷高、床体深，因此需要高强度的反冲洗。

反硝化滤池采用气、水协同进行反冲洗。

反冲洗污水一般返回到前段生物处理单元。

由于滤床固体物高负荷的截留性能，反冲洗用水不超过处理厂水量的4%，通常<2%）。

去除TN：

利用适量优质碳源，附着生长在石英砂表面上的反硝化细菌把NOx-N转换成N2完成脱氮反应过程，作为后置反硝化滤池的世界发明者，经过无数的工程经验和长久的历史数据表明，在前端硝化反应较完全的情况下，STS/Tetra的技术可稳定做到出水TN≤3mg/l.。

在反硝化过程中，由于硝酸氮不断被还原为氮气，深床滤池中会集聚大量的氮气，这些气体会使污水绕窜介质之间，这样增强了微生物与水流的接触，同时也提高了过滤效率。

但是当池体内积聚过多的氮气气泡时，则会造成水头损失，这时就必须采用STS的SpeedBumpTM技术驱散氮气，恢复水头，每次持续1～2分钟，每天进行数次，此过程为STS/Tetra的独特技术，其它脱氮滤池无此功能。

去除SS：

每毫克SS中含BOD50.4~0.5毫克，因此去除出水中固体悬浮物的同时，也降低了出水中的BOD5。

另外，出水中固体悬浮物含有氮、磷及其他重金属物质，去除固体悬浮物通常能降低1mg/l以上的上述杂质.配合适当的化学处理，能使出水总磷稳定降至0.3mg/l以下。

反硝化滤池能轻松满足浊度<2NTU或SS<5mg/l（通常SS<2mg/l）的要求。

去除TP：

微絮凝直接过滤除磷，世界上应用微絮凝直接过滤技术历史最长和最成熟的即是STS/Tetra公司的深床滤池技术（可查阅相关文献），是省去沉淀过程而将混凝与过滤过程在滤池内同步完成的一种接触絮凝过滤工艺技术。

微絮凝过滤充分体现了深层滤料中的接触凝聚或絮凝作用。

它实际是在混凝、过滤作用机理深入研究的基础上，将混凝与过滤过程有机集成一体，形成了当今水处理的高新技术系统。

在污水深度处理方面具有较高的推广价值。

这种直接过滤技术用于污水深度处理一般是指在二沉池后投加混凝剂，经机械混合后直接进入滤池，不仅可以进一步降低CODcr和BOD5，而且可以稳定保证SS、TP达标，不仅可简化污水厂处理流程，降低投资费用，减少运行费用，而且还可延长过滤周期，提高产水量及出水水质。

2.

Denite滤池区域安全作业

污水处理厂的安全问题为重中之重，所有处理厂的操作人员应当接受设备及系统安全作业培训。

操作人员须遵守要求及常识性的安全程序。

建议定期在安全知识更新培训活动中加以强调。

本届讨论滤池区域的安全问题，处理厂员工在指定其作业专用的综合安全流程时，应以如下讨论作为出发点。

2.1滤池内安全作业

凡有任何员工在滤池池体内作业，滤池绝对不可返回至过滤模式或开始反冲洗程序。

每格滤池开关应当切换至停止运行。

仅仅这样远远不够，因为其他人可能不经意地开启阀门，或阀门可能因断电而开启。

由于过滤方式为阀门的默认位置，应执行以下步骤：

1.切断接至阀门的任何气源及电源

2.手动关闭进水和出水管道

2.2滤池及露天池附近安全作业

当在蓄水的滤池和露天池附近作业时，存在滑倒、跌落和溺水的危险。

表面可能因水或生物生长而变得湿滑，并非所有区域可以依靠扶手保护。

在上述区域附近作业时，应使用跌落安全带，并将其牢固绑定。

在反冲洗滤池附近作业时，应特别小心。

因为在反冲洗过程中会形成气泡，而静水位液位上升大约10%。

这可降低水的密度，如若发生跌入滤池事故，这会使员工不能浮起或游动至安全区域。

在这种情况下，员工可能沉入水底砂面上，应当训练员工用其衣服形成气囊，以便在发生该类情况时提供浮力或帮助呼吸，直至鼓风机得以关闭

2.3污水附近安全作业

当在污水附近作业时，存在生物性危害。

应经常洗手，特别是在饭前、吸烟前或接触面部前。

若无法避免直接接触，应使用安全护目镜、橡胶手套和其他身体遮蔽物。

曝气的、下落的或瀑布式污水可能产生薄雾，进入眼睛或被吸入。

如果在曝气或下落水附近作业时，请戴安全护目镜和面罩或呼吸保护器。

员工需要进行肝炎的免疫接种。

2.4辅助设备安全

所有设备，包括滤池控制阀、反冲洗鼓风机、反冲洗共水泵和其他仪器，均有自身的安全要求。

有关安全问题包括在压缩空气附近、移动设备、高温管道和电源附近作业等。

具体的安全要求，请参阅相关的设备手册

2.5化学品的处理

本工程中，我们需使用诸如甲醇的化学品。

索取并阅读每个使用的化学品的材料安全数据表MSDS这将提供关于如何安全工作以及如何应对的突发情况的有用信息。

3.Denite®工程调试

3.1水质及水量

处理规模：

Q=2万m3/d，峰值Qh=1241.7m3/h。

设计水质如下（单位mg/l）：

项目

SS

TN

进水

20

20

出水

10

10

滤池进水温度最低为12摄氏度。

3.2调试方案

3.2.1调试周期

调试周期预计半个月。

3.2.2调试期间监测数据

滤池调试期间监测数据如下：

1、进水：

TN、NO3-N、CODCr、TP、SS、pH和水温

2、出水：

TN、NO3-N、CODCr、TP、SS、pH

3.2.3调试步骤

为了使滤池出水中BOD不超标，碳源应逐步进行投加，不可一次投加过量。

取滤池正常运行投加量Q的25%开始投加，然后每天加入25%的剂量（如50%、75%、100%、125%）。

此后保持在125%的计算剂量，直至反硝化过程开始。

略微过量供给，能促使脱氮细菌占支配地位。

这将使出水的BOD维持在10-15mg/L数日。

如果污水厂的出水BOD超标，可采用缓慢投加的方法，每日增加10%。

在投加碳源初期，滤池3天内不能进行反冲洗。

加药量计算

如进水流量为200,000m3/d,硝氮去除从13mg/l到8mg/l,浓度20%的乙酸钠（比重为1.107）,则投加量计算如下：

G=200,000m3/dayx（13-8）mg/LNO3-Nx5.1/0.20SA/NO3-Nx

g/1000mgxmL/1.107gx1000L/m3xday/1440min

=200,000x（13–8）x0.00001600L/min

=16L/min（960L/hr）

每天早晨8点、下午3点各取样一次。

1.根据出水NO3-N效果将碳源投加量依次提高到50%、75%和100%Q。

反硝化效果较好时，需定时驱氮，这时关闭进出水阀门，开启反冲洗水泵1-2分钟。

2.当反硝化去除硝态氮达到设计目标时，可适当调节碳源投加量，在确保TN＜5mg/L的前提下节省碳源运行费用。

3.滤池的反冲洗步骤

5-1、运行过程阀门状态

表2运行过程中阀门状态表

阀门名称

符号

过滤位置

反冲洗位置

流动目的

进水

IFF

开启

关闭

污水入滤池

出水

EFF

开启

关闭

过滤水出滤池

反冲洗气体

BWA

关闭

开启

反冲洗气体入滤池

反冲洗水

BWW

关闭

开启

反冲洗水入滤池

反冲洗废水

DBW

关闭

开启

反冲洗废水流出

5-2、反冲洗过程

1）关闭进出水阀门；

2）开启反冲洗风机和反冲洗进气阀门，气冲3min；

3）开启反冲洗水泵，气水混冲15min；

4）关闭反冲洗风机，单水冲5min。

5-3、驱氮过程

关闭进出水阀门，开启反冲洗进水阀和反冲洗出水阀，开启反冲洗水泵1-2min。

4.启动、运行及注意事项

4.1过量供给碳源的征兆

1.NOx-N在清水池中的含量低于0.5mg/L。

2.在清水池壁有白色生长物，并且在出水中有颗粒。

3.滤池出水浊度持续维持在1.1NTU以上（对含NH3-N的部分硝化出水而言，为1.8NTU）。

4.在气体驱氮过程中，可在清水池或滤池中闻到硫化氢的味道。

（硫减少的情况在硝酸盐消耗后发生）。

5.出水的生化需氧量（BOD）偏高（稳态下当滤池已被脱氮后，该情况鲜有发生）。

4.2碳源供给不足的征兆

1.清水池中NOx-N含量在1.5mg/L以上。

2.发现出水NOx-N的很大一部分（>0.2mg/L）为亚硝态氮（不完全脱氮）

3.异常偏高的需氯量（与亚硝酸盐反应）

4.滤池出水浊度持续低于0.5NTU。

5.气体驱氮过程中几乎无气体释放。

4.3混凝剂对SS影响

在调试时间内，所有出水SS均应在10mg/L以下。

当投加混凝剂时，出水SS<10mg/l，当出水中有色度或出水TP<0.1mg/L时，说明混凝剂投加过量，此时应减小投加量，当出水TP>0.5mg/L时，则说明混凝剂投加量不足，应增加混凝剂投加量。

日期

取样

时间

流量

乙酸钠

加药量

水温

CODCr

TN

NO3-N

SS

TP

m3/h

L/h

℃

进水

出水

进水

出水

进水

出水

进水

出水

进水

出水

mg/L

mg/L

mg/L

mg/L

mg/L

mg/L

mg/L

mg/L

mg/L

mg/L

Denite®反硝化滤池调试期间数据表

注：

1、“—”表示未检测。