美國(guó)科羅拉多州丹佛市南部的里托頓市與英格爾伍德市共用一家污水處理廠——位于英格爾伍德市的里托頓/英格爾伍德先進(jìn)污水處理廠。該廠每小時(shí)處理量達(dá)7886 m3(50-mgd)，服務(wù)丹佛市區(qū)超過30萬名居民，可同時(shí)處理75平方英里服務(wù)區(qū)內(nèi)21個(gè)區(qū)域的廢水，水廠出水流入丹佛市區(qū)的主河道——南普拉特河。

2001年，為滿足區(qū)域內(nèi)快速增長(zhǎng)的人口，里托頓市與英格爾伍德市開始規(guī)劃擴(kuò)建該污水處理廠，擴(kuò)建有三大目標(biāo)：1. 改善南普拉特河的水質(zhì)，使其符合新的USEPA規(guī)定。2. 提高該廠的處理能力，以滿足不斷增長(zhǎng)的人口需求。3. 升級(jí)污水處理廠設(shè)備，該廠大部分現(xiàn)有設(shè)備已使用了25年。處理廠的設(shè)計(jì)工作于2004年完成。丹佛西峰建設(shè)有限公司實(shí)施工程建設(shè)，工程于2008年12月完工。水環(huán)純水務(wù)集團(tuán)提供了TETRA®深床脫氮系統(tǒng)的濾池設(shè)計(jì)和處理設(shè)備。

該廠處理流程升級(jí)，通過使用新型內(nèi)置循環(huán)系統(tǒng)和新型反硝化濾池來提高污水處理廠脫氮效果，由布朗卡爾德維爾環(huán)境工程咨詢公司丹佛分公司進(jìn)行設(shè)計(jì)和管理。該廠的最終設(shè)計(jì)包含八個(gè)深床反硝化重力濾池，每個(gè)濾池寬3.6米，長(zhǎng)29.3米，包括深度為2.4米的2-3 mm圓砂層。濾池帶有用于反硝化的獨(dú)立碳源投加點(diǎn)以及可調(diào)節(jié)的進(jìn)水分流器，從而保證最大的靈活性。濾池還有先進(jìn)的監(jiān)控機(jī)制和監(jiān)控儀器，從而在滿足最新日排放量要求的基礎(chǔ)上，提高處理的可靠性。原可允許排放量根據(jù)月平均數(shù)計(jì)算而得：

USEPA規(guī)定需要靈活的系統(tǒng)

里托頓和英格爾伍德先進(jìn)污水處理工廠需要靈活可靠的工藝設(shè)計(jì)，用于滿足最新的日無機(jī)氮總排放要求，該要求對(duì)于一年中某些時(shí)間的排放要求有更為嚴(yán)格的規(guī)定，而對(duì)于其它時(shí)間則僅需要部分反硝化。由于反硝化濾池在完全反硝化時(shí)工作效率最高，這項(xiàng)要求就成了一個(gè)挑戰(zhàn)。如無法達(dá)到這項(xiàng)要求，部分轉(zhuǎn)化的硝酸銨將以亞硝酸鹽的形式從濾池中排出，導(dǎo)致下游需氯量偏高。

為了滿足不同的反硝化要求，處理廠每格深床反硝化過濾器均設(shè)計(jì)有獨(dú)立的甲醇投加系統(tǒng)。這樣，每個(gè)濾池就能夠被獨(dú)立監(jiān)控，進(jìn)行完全高效的反硝化作用或簡(jiǎn)單的固體過濾。如此一來就能在最優(yōu)化設(shè)備性能和系統(tǒng)靈活度的情況下，通過調(diào)節(jié)進(jìn)水的策略以使混合的排放水滿足不同日總無機(jī)氮排放的要求。

由于未來可能會(huì)有限磷規(guī)定出臺(tái)，濾池還配備了兩個(gè)進(jìn)水閘閥，為平均分割的隔板過濾槽提供進(jìn)水。未進(jìn)行反硝化的濾池可以和這兩個(gè)過濾槽一起操作，從而達(dá)到雙倍的濾速。

系統(tǒng)運(yùn)行

為了優(yōu)化深床反硝化系統(tǒng)的運(yùn)行和可靠性，該廠使用了先進(jìn)的儀表技術(shù)和監(jiān)控機(jī)制，進(jìn)入濾池主進(jìn)水渠的流量由一個(gè)流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量。一臺(tái)自動(dòng)取樣機(jī)每隔30-60分鐘從濾池進(jìn)水渠中提取水樣，另一臺(tái)取樣機(jī)從混合8個(gè)濾池出水的蓄水池內(nèi)取樣。混合水樣每天收集一次，并在污水廠實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行分析。

設(shè)備中還有兩臺(tái)用于測(cè)定硝態(tài)氮和磷含量的紫外線在線分析儀，測(cè)量10個(gè)位置的水質(zhì)：進(jìn)水渠、八個(gè)濾池的各自的出水、進(jìn)入蓄水池前的濾池混合出水。設(shè)備每次測(cè)量一個(gè)位置的水質(zhì)，每隔幾分鐘測(cè)量一次。

計(jì)算機(jī)算法以流量和分析儀輸出的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，從而獨(dú)立控制和定量各個(gè)濾池進(jìn)水的甲醇碳源的投加量。甲醇用量由各個(gè)濾池的進(jìn)水流量和進(jìn)水硝酸鹽數(shù)值決定。各個(gè)甲醇泵為對(duì)應(yīng)濾池進(jìn)行獨(dú)立投加，同時(shí)以恒定水流對(duì)泵抽出的甲醇進(jìn)行稀釋。這樣，甲醇就能快速進(jìn)入過濾器進(jìn)口，從而保證相應(yīng)的甲醇用量并降低甲醇的可燃性。

根據(jù)各個(gè)濾池的出水硝態(tài)氮含量，設(shè)備將定期糾正測(cè)算出的劑量。甲醇泵也可根據(jù)各個(gè)出水硝態(tài)氮含量或總出水的硝態(tài)氮含量值進(jìn)行調(diào)節(jié)。

嚴(yán)格的系統(tǒng)測(cè)試

在2008年4月進(jìn)行的濾池首次生物啟動(dòng)中，開始時(shí)以理論用量的四分之一進(jìn)行甲醇添加，其后每天遞增四分之一用量，直到添加到完全用量。雖然當(dāng)時(shí)過濾水溫為15℃，在一周內(nèi)觀察到明顯的反硝化作用并在10天內(nèi)持續(xù)穩(wěn)定地去除NO3-N。

從2008年7月7日起的一周內(nèi)，設(shè)備在反硝化模式下進(jìn)行了一次為期5天的濾池過濾性能測(cè)試。濾池可在最大日流量下去除超過20 mg/L 的 NO3-N。5天的測(cè)試中濾池幾乎都是在最大日流量下持續(xù)運(yùn)行。早晨NO3-N進(jìn)水含量峰值接近 30 mg/L，設(shè)備處理起來沒有任何問題。該里托頓和英格爾伍德測(cè)試項(xiàng)目可能是至今為止深床反硝化過濾器進(jìn)行過的最為嚴(yán)格的全方位操作測(cè)試。

驗(yàn)收測(cè)試過程中，各個(gè)濾池每天需要進(jìn)行一次反沖洗，去除懸浮物和過量的微生物。同時(shí)，反沖洗泵產(chǎn)生的反向水流還可將氮?dú)馇宄蚺懦鲞^濾器。由高硝態(tài)氮量和流量負(fù)荷產(chǎn)生的快速氣體累積，通過短暫卻頻繁的60秒除氣周期（每30分鐘一次，每個(gè)濾池均進(jìn)行）被妥善處理。

反沖洗水用量為處理水總流量的3.4%，符合工藝保證。濾池中的總有機(jī)碳含量不但沒有增長(zhǎng)，反而經(jīng)常大幅下降。

連續(xù)運(yùn)行、節(jié)省成本

這個(gè)處理廠的設(shè)計(jì)使得該廠出水質(zhì)量可以經(jīng)濟(jì)有效的控制，這是從前是無法實(shí)現(xiàn)的。現(xiàn)在，八個(gè)濾池中的兩個(gè)在僅過濾模式下運(yùn)行，而其它六個(gè)濾池則在反硝化模式下運(yùn)行。其中5個(gè)反硝化模式下的濾池設(shè)定有2.5 mg/L NO3-N的出水限值。

剩余的反硝化模式下的濾池，循照八個(gè)濾池的總出水取樣機(jī)的數(shù)據(jù)運(yùn)行，將總出水的含量調(diào)節(jié)至8 -9 mg/L NO3-N，藉此保證甲醇不被過量添加及亞硝酸鹽殘留達(dá)到最少。

計(jì)算數(shù)據(jù)顯示，里托頓和英格爾伍德先進(jìn)污水處理廠按照日平均處理2208 m3/小時(shí)（14mgd）計(jì)算，則該廠水量將水流中的硝態(tài)氮含量從20 mg/L減少到了1mg/L，以單價(jià)為1.15美元一加侖來計(jì)算則該廠的甲醇年消耗成本為412000美元。

為了使反硝化作用下降到9mg/L，該廠使用創(chuàng)新型獨(dú)立濾池控制，在同一情況下該廠每年將耗費(fèi)251000美元，減少了39%的潛在甲醇用量，每年節(jié)省了161,000美元。
 

編輯：成楊