廖夢(mèng)運(yùn)，范 強(qiáng)，吳露薇，梅英杰，吳旭東

(1.杭州臨安排水有限公司，浙江 杭州 311310；2.浦華控股有限公司，北京 100084)

浙江省杭州市某污水處理廠，總設(shè)計(jì)規(guī)模為6 萬t·d-1，采用“三溝式氧化溝+高效植物脫氮除磷深度處理”工藝，提標(biāo)前總出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)，其中一期工程生化段只設(shè)置了厭氧池、氧化溝處理單元，整體對(duì)總氮削減效果較差。為進(jìn)一步削減污染物排放量，全面提升至浙江省地方標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)污水處理廠主要水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB33/2169-2018）（以下簡(jiǎn)稱《浙江省地方標(biāo)準(zhǔn)》，見表1），該污水處理廠于2019 年啟動(dòng)了清潔排放標(biāo)準(zhǔn)的提標(biāo)改造。

表1 《浙江省地方標(biāo)準(zhǔn)》（DB 33/ 2169-2018）城鎮(zhèn)污水處理廠主要污染物排放限值Tab.1 Discharge Standard of Major Water Pollutants for Municipal Wastewater Treatment Plant in Zhejiang Province（DB 33/ 2169-2018）

1 原有工藝運(yùn)行方案分析

生化工藝段設(shè)置了厭氧池和氧化溝兩級(jí)處理單元。厭缺氧段對(duì)硝態(tài)氮的去除率均較低，分析原因如下：

（1）厭缺氧段有效池容不足 池子設(shè)計(jì)池容810m3，無必要攪拌措施，長(zhǎng)期未清理底部淤積污泥，致有效池容不足，實(shí)際水力停留時(shí)間極短，無法發(fā)揮反硝化功能；

（2）厭缺氧段的回流比偏低 采用11kW 立式排污泵作回流，設(shè)備使用時(shí)間長(zhǎng)，存在流量損耗，瞬時(shí)流量在300m·3h-1，計(jì)算回流比僅為90%；

（3）厭缺氧段的進(jìn)水硝態(tài)氮濃度均小于理論計(jì)算值，說明回流點(diǎn)或回流管路設(shè)置不合理，回流混合液的硝態(tài)氮濃度偏低；

（4）實(shí)測(cè)厭缺氧段的反硝化速率極低，約為0.005~0.01kg-N/kgMLSS·d，與池容不足、缺氧條件差、污泥活性低有關(guān)，即使借助大量外加碳源也無法在厭缺氧段產(chǎn)生良好的反硝化效果。

2 工程改造措施

該污水處理廠通過近3 年運(yùn)行數(shù)據(jù)的綜合分析，得出本次提級(jí)提標(biāo)的難點(diǎn)是TN。而TN 提級(jí)提標(biāo)思路從改善缺氧環(huán)境、提高反硝化菌數(shù)量、增大回流比等方面入手，可供選擇方案有增設(shè)缺氧池、反硝化深床濾池等。因受污水處理廠用地限制，本工程不具備新建構(gòu)筑物的條件。同時(shí)，該工程面臨新標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行的過渡時(shí)間緊迫，該污水處理廠需在2020 年底達(dá)到《浙江省地方標(biāo)準(zhǔn)》。移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器（MBBR）工藝正是一種用于污水廠生化段的原位強(qiáng)化技術(shù)，已應(yīng)用于很多污水處理廠的提標(biāo)改造[1-5]。對(duì)于本工程來說，MBBR 工藝改造無需新增用地審批，實(shí)施難度較低，施工工期短，對(duì)原生產(chǎn)影響較小，故經(jīng)過論證，最終選擇充分利用現(xiàn)有構(gòu)筑物設(shè)施進(jìn)行原位改造，并結(jié)合MBBR 工藝，實(shí)現(xiàn)生化段出水TN 的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

該污水廠厭氧池改造后池體實(shí)際有效水深4.2m，有效池容810m3，改造仍保留了原池形，見圖1。

圖1 改造中的池體Fig.1 Anoxic pool in modification

在流態(tài)上增設(shè)了4 臺(tái)攪拌機(jī)，以充分實(shí)現(xiàn)混流效果，見圖2、3。

圖2 運(yùn)行中的池體Fig.2 Anoxic pool in operation

圖3 工藝流程簡(jiǎn)圖Fig.3 Diagram of anoxic treatment process

在池內(nèi)投加缺氧懸浮活性生物填料，填充比為20%，進(jìn)行生物膜培養(yǎng)，并在流化過程中對(duì)菌種進(jìn)行篩選，保障氨氮穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的同時(shí)增強(qiáng)生化系統(tǒng)的脫氮效果。

3 結(jié)果與討論

3.1 系統(tǒng)的脫氮效果

本文對(duì)改造工藝及對(duì)照組進(jìn)行了為期8 個(gè)月（2020 年3~11 月）的進(jìn)出水主要指標(biāo)（CODCr、NH3-N、TN、TP）采樣跟測(cè)，采樣點(diǎn)設(shè)置見圖4 及氧化溝出水指標(biāo)（CODCr、NH3-N、TN、TP），缺氧池污泥濃度等數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比采樣監(jiān)測(cè)，其總氮的去除效果見圖5、6。

圖4 采樣點(diǎn)位示意圖Fig.4 Diagram of sampling

對(duì)照組進(jìn)水TN 濃度在5.75~23.3mg·L-1之間，TN 的去除率緩坡上升，主要原因?yàn)橄趸头聪趸幕钚噪S著水溫帶來的上升而增強(qiáng)，表現(xiàn)在一段時(shí)間段內(nèi)TN 去除率的整體升高。在實(shí)驗(yàn)后半段（2020 年7 月14 日~11 月17 日）的TN 平均去除率在19.95%，較試驗(yàn)組低10.67%，見圖5。

圖5 對(duì)照組厭氧段進(jìn)出水TN 及去除率Fig.5 Removal effect of TN by control group Anoxic treatment process

試驗(yàn)組進(jìn)水TN 濃度在9.88~26.9mg·L-1之間，在實(shí)驗(yàn)前半段（2020 年3 月24 日~6 月30 日）TN去除波動(dòng)大，不具有規(guī)律性；而在實(shí)驗(yàn)后半段（2020年7 月14 日~11 月17 日）TN 去除整體呈上升趨勢(shì)，上升幅度較對(duì)照組明顯，該期間TN 平均去除率在30.62%，見圖6。

圖6 試驗(yàn)組缺氧段進(jìn)出水TN 及去除率Fig.6 Removal effect of TN by test group Anoxic treatment process

缺氧區(qū)移動(dòng)床工藝段出水主要指標(biāo)均經(jīng)歷從初期填料投放的相對(duì)較低去除效果，到中期去除效果相對(duì)穩(wěn)定并提升到一定水平的階段。另實(shí)驗(yàn)期間，尤其在試驗(yàn)后半段（2020 年7 月14 日~11 月17 日），缺氧區(qū)移動(dòng)床出水除COD 外，NH3-N、TP 指標(biāo)濃度及去除率表現(xiàn)均優(yōu)于對(duì)照組（表2）。

表2 兩組缺氧池出水主要指標(biāo)及去除率（mg·L-1）Tab.2 Removal effect of COD、NH3-N、TP and TN of anoxic treatment process by two groups（mg·L-1）

從統(tǒng)計(jì)的生化段出水主要指標(biāo)及去除率（表3）可以分析得出：

表3 兩組氧化溝出水主要指標(biāo)及去除率Table3 Removal effect of COD、NH3-N、TP and TN of oxidation ditch treatment process by two group

（1）在氧化溝段，試驗(yàn)組與對(duì)照組的氧化溝工藝運(yùn)行模式相同，在COD、NH3-N、TN 指標(biāo)及去除率表現(xiàn)相近；

（2）試驗(yàn)組對(duì)TP 的削減要差于對(duì)照組，分析原因?yàn)榻?jīng)工藝改造后的缺氧區(qū)進(jìn)行脫氮的同時(shí)也完成了大部分的TP 去除，故氧化溝段TP 去除效果相對(duì)減弱。

試驗(yàn)組整個(gè)氧化溝段的平均出水TN 在10.0mg·L-1，出水TN 濃度在10mg·L-1以內(nèi)的個(gè)數(shù)占128 個(gè)監(jiān)測(cè)樣本的44.5%，對(duì)照組整個(gè)氧化溝段的平均出水TN在10.5mg·L-1，出水TN 濃度在10mg·L-1以內(nèi)的個(gè)數(shù)占128 個(gè)監(jiān)測(cè)樣本的34.4%。

3.2 微生物鏡檢

移動(dòng)床生物膜的培養(yǎng)是直接進(jìn)行厭氧掛膜，經(jīng)培養(yǎng)至7 月中旬填料上的生物膜已附著肉眼可見的較薄一層生物膜（圖7A、B），7C 是顯微鏡下觀測(cè)的生物膜形態(tài)，此時(shí)觀測(cè)生物膜可見生長(zhǎng)良好的鐘蟲（圖7D）；

至11 月中旬填料上的生物膜除可觀測(cè)到鐘蟲外，還可觀測(cè)到輪蟲（圖7E）、累枝蟲（圖7F）、表殼蟲等，這也說明經(jīng)過培養(yǎng)馴化，填料上正在富集越來越多的微生物量并逐步形成一定厚度的生物膜。

圖7 填料掛膜觀測(cè)情況Fig.7 Microscopic examination diagram of suspend carrier

3.3 硝化菌種群結(jié)構(gòu)

微生物群落分析選取了實(shí)驗(yàn)運(yùn)行10 個(gè)月的3個(gè)樣品進(jìn)行微生物高通量分類測(cè)序（圖8），分別為樣品tanliao（取自填料上的膜）、樣品wuni1（取自對(duì)照組厭氧池活性污泥）和樣品wuni2（取自填料所在系統(tǒng)活性污泥）。3 個(gè)樣品中均有檢測(cè)到硝化螺旋菌門（Nitrospirota），相對(duì)豐度分別為1.67%、2.98%和3.59%。

圖8 門水平上微生物菌群的相對(duì)豐度Fig.8 Percent of community abundance on phylum level

Nitrospirota 是目前為止，很多文獻(xiàn)中報(bào)道的在生物脫氮過程中占主導(dǎo)地位的亞硝酸鹽氧化菌（NOB）[6-8]。樣品wuni2 和樣品tianliao 為同一個(gè)處理系統(tǒng)的不同樣本，樣品wuni1 為對(duì)照處理系統(tǒng)的樣本，結(jié)果表明，試驗(yàn)組微生物環(huán)境中的硝化螺旋菌（Nitrospirota）所占比例達(dá)5.26%，要高于對(duì)照組硝化螺旋菌的比例，但仍低于異養(yǎng)菌在該系統(tǒng)中的比例。

4 結(jié)論

（1）缺氧區(qū)移動(dòng)床作為改造工藝中一個(gè)單元，出水TN 指標(biāo)經(jīng)歷從初期填料投放時(shí)的相對(duì)效果不穩(wěn)定，到中期去除效果提升并穩(wěn)定在一定水平的階段。尤其在試驗(yàn)后半段，填料上的生物膜已形成并達(dá)到一定程度時(shí)，對(duì)TN 的脫除率開始趨于相對(duì)穩(wěn)定，平均可以達(dá)到30%。

（2）浙江省某污水處理廠進(jìn)行缺氧區(qū)MBBR 工藝原位改造，實(shí)際運(yùn)行效果顯示，生化段出水COD、NH3-N、TP、TN 平均為25.9、0.546、1.13、10.0mg·L-1，通過橫向?qū)φ蘸涂v向同期比較，缺氧區(qū)移動(dòng)床+氧化溝工藝有效提升了系統(tǒng)脫氮能力，NH3-N 和TN穩(wěn)定達(dá)到了提標(biāo)改造目標(biāo)。

（3）高通量測(cè)序結(jié)果顯示，系統(tǒng)內(nèi)的主要硝化菌門為Nitrospirota，在試驗(yàn)組活性污泥中相對(duì)豐度達(dá)3.59%，填料上相對(duì)豐度為1.67%，而在對(duì)照組活性污泥中的相對(duì)豐度為2.98%。表明懸浮填料對(duì)硝化菌種有著良好的富集效果，微觀上進(jìn)一步解釋了改造后工藝的生物脫氮效果良好的原因。