TETRA®系统案例:反硝化滤池符合含氮限制要求

美国科罗拉多州丹佛市南部的里托顿市与英格尔伍德市共用一家污水处理厂——位于英格尔伍德市的里托顿/英格尔伍德先进污水处理厂。该厂每小时处理量达7886 m3(50-mgd)，服务丹佛市区超过30万名居民，可同时处理75平方英里服务区内21个区域的废水，水厂出水流入丹佛市区的主河道——南普拉特河。

2001年，为满足区域内快速增长的人口，里托顿市与英格尔伍德市开始规划扩建该污水处理厂，扩建有三大目标：1. 改善南普拉特河的水质，使其符合新的USEPA规定。2. 提高该厂的处理能力，以满足不断增长的人口需求。3. 升级污水处理厂设备，该厂大部分现有设备已使用了25年。处理厂的设计工作于2004年完成。丹佛西峰建设有限公司实施工程建设，工程于2008年12月完工。水环纯水务集团提供了TETRA®深床脱氮系统的滤池设计和处理设备。

该厂处理流程升级，通过使用新型内置循环系统和新型反硝化滤池来提高污水处理厂脱氮效果，由布朗卡尔德维尔环境工程咨询公司丹佛分公司进行设计和管理。该厂的最终设计包含八个深床反硝化重力滤池，每个滤池宽3.6米，长29.3米，包括深度为2.4米的2-3 mm圆砂层。滤池带有用于反硝化的独立碳源投加点以及可调节的进水分流器，从而保证最大的灵活性。滤池还有先进的监控机制和监控仪器，从而在满足最新日排放量要求的基础上，提高处理的可靠性。原可允许排放量根据月平均数计算而得：

USEPA规定需要灵活的系统

里托顿和英格尔伍德先进污水处理工厂需要灵活可靠的工艺设计，用于满足最新的日无机氮总排放要求，该要求对于一年中某些时间的排放要求有更为严格的规定，而对于其它时间则仅需要部分反硝化。由于反硝化滤池在完全反硝化时工作效率最高，这项要求就成了一个挑战。如无法达到这项要求，部分转化的硝酸铵将以亚硝酸盐的形式从滤池中排出，导致下游需氯量偏高。

为了满足不同的反硝化要求，处理厂每格深床反硝化过滤器均设计有独立的甲醇投加系统。这样，每个滤池就能够被独立监控，进行完全高效的反硝化作用或简单的固体过滤。如此一来就能在最优化设备性能和系统灵活度的情况下，通过调节进水的策略以使混合的排放水满足不同日总无机氮排放的要求。

由于未来可能会有限磷规定出台，滤池还配备了两个进水闸阀，为平均分割的隔板过滤槽提供进水。未进行反硝化的滤池可以和这两个过滤槽一起操作，从而达到双倍的滤速。

系统运行

为了优化深床反硝化系统的运行和可靠性，该厂使用了先进的仪表技术和监控机制，进入滤池主进水渠的流量由一个流量计进行测量。一台自动取样机每隔30-60分钟从滤池进水渠中提取水样，另一台取样机从混合8个滤池出水的蓄水池内取样。混合水样每天收集一次，并在污水厂实验室内进行分析。

设备中还有两台用于测定硝态氮和磷含量的紫外线在线分析仪，测量10个位置的水质：进水渠、八个滤池的各自的出水、进入蓄水池前的滤池混合出水。设备每次测量一个位置的水质，每隔几分钟测量一次。

计算机算法以流量和分析仪输出的数据为基础，从而独立控制和定量各个滤池进水的甲醇碳源的投加量。甲醇用量由各个滤池的进水流量和进水硝酸盐数值决定。各个甲醇泵为对应滤池进行独立投加，同时以恒定水流对泵抽出的甲醇进行稀释。这样，甲醇就能快速进入过滤器进口，从而保证相应的甲醇用量并降低甲醇的可燃性。

根据各个滤池的出水硝态氮含量，设备将定期纠正测算出的剂量。甲醇泵也可根据各个出水硝态氮含量或总出水的硝态氮含量值进行调节。

严格的系统测试

在2008年4月进行的滤池首次生物启动中，开始时以理论用量的四分之一进行甲醇添加，其后每天递增四分之一用量，直到添加到完全用量。虽然当时过滤水温为15℃，在一周内观察到明显的反硝化作用并在10天内持续稳定地去除NO3-N。

从2008年7月7日起的一周内，设备在反硝化模式下进行了一次为期5天的滤池过滤性能测试。滤池可在最大日流量下去除超过20 mg/L 的 NO3-N。5天的测试中滤池几乎都是在最大日流量下持续运行。早晨NO3-N进水含量峰值接近 30 mg/L，设备处理起来没有任何问题。该里托顿和英格尔伍德测试项目可能是至今为止深床反硝化过滤器进行过的最为严格的全方位操作测试。

验收测试过程中，各个滤池每天需要进行一次反冲洗，去除悬浮物和过量的微生物。同时，反冲洗泵产生的反向水流还可将氮气清除或排出过滤器。由高硝态氮量和流量负荷产生的快速气体累积，通过短暂却频繁的60秒除气周期（每30分钟一次，每个滤池均进行）被妥善处理。

反冲洗水用量为处理水总流量的3.4%，符合工艺保证。滤池中的总有机碳含量不但没有增长，反而经常大幅下降。

连续运行、节省成本

这个处理厂的设计使得该厂出水质量可以经济有效的控制，这是从前是无法实现的。现在，八个滤池中的两个在仅过滤模式下运行，而其它六个滤池则在反硝化模式下运行。其中5个反硝化模式下的滤池设定有2.5 mg/L NO3-N的出水限值。

剩余的反硝化模式下的滤池，循照八个滤池的总出水取样机的数据运行，将总出水的含量调节至8 -9 mg/L NO3-N，藉此保证甲醇不被过量添加及亚硝酸盐残留达到最少。

计算数据显示，里托顿和英格尔伍德先进污水处理厂按照日平均处理2208 m3/小时（14mgd）计算，则该厂水量将水流中的硝态氮含量从20 mg/L减少到了1mg/L，以单价为1.15美元一加仑来计算则该厂的甲醇年消耗成本为412000美元。

为了使反硝化作用下降到9mg/L，该厂使用创新型独立滤池控制，在同一情况下该厂每年将耗费251000美元，减少了39%的潜在甲醇用量，每年节省了161,000美元。
 

编辑：成杨