主要考核目標

（1）．優選適合該市污水處理廠A/A/O 工藝升級改造的懸浮填料，出水TN 穩定達到一級A 標準。
（2）．確定懸浮填料添加后O 段水力停留時間、溶解氧、填料投配比等運行參數，為升級改造提供技術支持。

工作進展與結果

1．懸浮填料選型

污水處理廠提標改造的重點在于懸浮填料的選擇，以實現低溫條件下的出水COD及氨氮穩定達標。
在該試驗中選用了兩種懸浮填料，其中之一是德國LEVAPOR生物膜技術公司出品的LEVAPOR®懸浮填料。該懸浮填料是德國最新一代用于處理廢水和廢氣的高效微生物載體，已在多個國家申請了專利保護。LEVAPOR®是表面活性的、有吸收能力的有孔泡沫物質。
通過將有表面活性能力的顏料涂層在泡沫物質上形成一種改性物質，從而擁有新的物理化學特性，主要表現為：
1) 體積小，比表面積大，比表面積最大可達20000 m2/m3；
2) 微孔和粗孔的發泡體有很強的表面吸附能力和吸水性；
3) 具有可調節的密度、沉淀速度、帶電負荷以及導電性；
4) 和其他填料相比，流化床能耗明顯降低。

LEVAPOR®在生物處理工藝中具有如下優勢：

1）顯著提高生物處理的處理量、速度和穩定性；
2) 有效吸收有毒物質和抑制降解的物質，保護生物膜；
3）內部的空隙結構有效保護生物膜免受剪切力的影響；
4) 多余污泥能從載體表面自動脫落；
5）易于掛膜，兩個小時內微生物就能在載體內繁殖生長；
6）使用壽命長達10年；
7）對已建設施的改擴建方便，節省空間；
8）顯著提高廢水廢氣處理能力，投資成本低；
9）剩余污泥量相對活性污泥法明顯減少。
目前已在德國科隆市、烏博塔市、Nordhorn市、亞堔市以及中國黑龍江省寧安市用于市政污水處理廠的廢水脫氮處理，效果優異。
此外還選擇了一家國產的懸浮填料，該產品在國內污水處理廠的提標改造工程有過成功應用，該產品的比表面積在500-600 m2/m3。

2．試驗水質確定

本課題的研究是針對該市市待升級的幾個污水處理廠開展工作的。從工藝上講，主要是將填料添加在生物處理單元的好氧池內。綜合考慮微生物營養需求，試驗裝置所采用的進水水質指標為：
COD=150-300mg/L,TN(NH3-N)=15-25mg/L,TP=10mg/L。

3．試驗模型

本課題的試驗模型分為兩類。一為填料篩選模型，二為工況試驗模型。
首先制作2 個填料選擇模型，均為柱狀。外接配水箱與高位水箱，采用穿孔管曝氣，兩個試驗模型共用一臺風機，用流量計加以控制，通氣量為360 L/h。出水采用淹沒出流。泥種取自污水處理廠二沉池排泥。混合液污泥濃度維持在3500 mg/L 左右。裝置簡圖見圖1，在器壁上貼上標尺以便體積讀數。

 
圖1 填料篩選試驗模型

4．靜態試驗

（1）掛膜
試驗中，選擇德國的LEVAPOR®懸浮填料、國產懸浮填料進行掛膜。起初兩種填料均浮于水面， 2 天之后很明顯海綿狀的LEVAPOR®填料開始懸浮于水中，而藕片狀的國產懸浮填料依然浮于水面。第5 天后，LEVAPOR®懸浮填料已看得出有絮狀物生長，而國產填料上也開始變了一點顏色。每天測定出水水質， 裝有填料LEVAPOR®的柱子第7 天后出水水質基本穩定。此時，藕片狀的國產填料變化依然不大，25 天后，國產填料也開始具有肉眼能看清的結實的附著物，出水水質也趨于穩定。
因此，判定在水溫較高時，LEVAPOR®懸浮填料的掛膜時間為7天，而國產懸浮填料的掛膜時間為25 天。
（2）COD 去除試驗
 
圖2 COD 去除效果
（裝置1：LEVAPOR®懸浮填料，裝置2：國產懸浮填料）

掛膜成功后，在2 個試驗柱內分別取樣，測定其COD 值，見圖2。
從圖2 可以看出，掛膜成功后，連續5 天同一時間取樣測定進、出水COD 值，結果表明，裝置對COD 的去除效果穩定。
所以，當裝置水力停留時間在2 小時，對COD 的去除可以達到一級A 標準。

（3）脫氮試驗本實驗主要是考慮氨氮的去除效果。模擬污水中，氨氮濃度即為總氮濃度。在掛膜成功后，連續10 天測定裝置對氨氮的去除效果，結果見圖3 和圖4。
 
圖3 氨氮濃度變化曲線
（裝置1：LEVAPOR®懸浮填料，裝置2：國產懸浮填料）
從圖3 可以看出，雖然裝置每天的進水氨氮濃度有所變化，但出水氨氮濃度均比較穩定。連續7 天的監測結果顯示，氨氮去除率也比較穩定。
實驗表明，LEVAPOR®懸浮填料和國產懸浮填料對COD 和氨氮的去除效果穩定性均較好。
 

圖4 氨氮去除率穩定性
（藍線：LEVAPOR®懸浮填料，紅線：國產懸浮填料）
（4）最小HRT 試驗
接著進行了停留時間對氨氮去除效果的影響實驗，結果見圖5所示。
 
圖5 停留時間對氨氮去除效果的影響

可見在2 小時后氨氮出水濃度小于5mg/L，基本能達到一級A標準的要求。水力停留時間大于2 小時后，氨氮濃度依然降低，但速度變緩。因此，在后續試驗中，測定了另外2 套裝置在2 小時內的氨氮濃度，其變化趨勢見圖6 所示。
 
結果表明，對于裝置2 與裝置3，其氨氮度均在2 小時內被徹底降解。
（5）最佳投配率試驗
在填料初篩的基礎上，進行了投配率試驗。
試驗中， LEVAPOR®懸浮填料的投配率最初采用20%，藕片狀的國產懸浮填料投配率采用30%。起初，在同樣通氣量的狀況下，LEVAPOR®懸浮填料只有部分處于流化狀態，而國產懸浮填料流化狀態一直很好。LEVAPOR 生物膜技術公司建議將投配率改為15%。因此在后續試驗中，LEVAPOR®懸浮填料投配率為20%和15%兩種。
出水指標均能達標的前提下做了LEVAPOR®懸浮填料投配率降低為10%的破壞性試驗，出水水質指標也能達標。試驗中國產懸浮填料始終采用30%的投配率。
試驗結果表明，兩種填料在其最佳投配率下，COD 和氨氮的出水水質指標均能達到一級A 標準要求，但LEVAPOR®懸浮填料的COD 和氨氮去除率始終優于國產填料。
圖7 中裝置1 中LEVAPOR®懸浮填料的投配率為15%，裝置2中國產懸浮填料的投配率為30%。
 
為了了解氨氮去除效果的穩定性，在此基礎上，進行了連續9天的監測，結果見圖8。
數據顯示， 兩種填料的氨氮去除效果均較穩定， 且德國LEVAPOR®懸浮填料的去除效果明顯優于國產懸浮填料，差別為8%左右。也表現出水溫對氨氮的去除有一定影響。
 

5 連續流試驗

連續流氨氮去除效果試驗
在前面試驗中，COD 去除均能達到出水一級A 要求，連續流試驗主要考察德國LEVAPOR®懸浮填料在水力停留時間為2 小時，投配率為15%時裝置對氨氮的去除效果。結果見圖9。
 

圖9 中數據顯示，出水中氨氮濃度大部分在6mg/L 以下，絕大部分在5mg/L 以下，說明出水能滿足一級A 排放標準。其中6-8 小時的氨氮濃度突然偏高，在11 小時后，出水氨氮恢復正常。分析原因可能是因為試驗操作錯誤導致。

6．生物量檢測

（1）SEM 電鏡掃描檢測
為了對比，選取了5 個樣品進行生物膜SEM 電鏡掃描檢測。其中，樣品1 為掛膜前的德國LEVAPOR®懸浮填料，樣品2 為掛膜前的國產懸浮填料，樣品3 為掛膜后的德國LEVAPOR®懸浮填料（投配率20%），樣品4 為掛膜后的德國LEVAPOR®懸浮填料（投配率15%），樣品5 為掛膜后的國產懸浮填料（投配率30%）。掃描結果
如下所示：

 

 
7．小結

所有試驗結果表明，好氧段水力停留時間可縮短為2 小時。德國LEVAPOR®懸浮填料對COD 和氨氮的去除效果均優于國產懸浮填料。其投配率15%最佳，10%也能滿足出水達到一級A 標準的要求。