美國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/英格爾伍德先進污水處理廠。該廠每小時處理量達7886 m3(50-mgd)，服務丹佛市區(qū)超過30萬名居民，可同時處理75平方英里服務區(qū)內(nèi)21個區(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)快速增長的人口，里托頓市與英格爾伍德市開始規(guī)劃擴建該污水處理廠，擴建有三大目標：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，以滿足不斷增長的人口需求。3. 升級污水處理廠設備，該廠大部分現(xiàn)有設備已使用了25年。處理廠的設計工作于2004年完成。丹佛西峰建設有限公司實施工程建設，工程于2008年12月完工。水環(huán)純水務集團提供了TETRA®深床脫氮系統(tǒng)的濾池設計和處理設備。

該廠處理流程升級，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行設計和管理。該廠的最終設計包含八個深床反硝化重力濾池，每個濾池寬3.6米，長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立碳源投加點以及可調(diào)節(jié)的進水分流器，從而保證最大的靈活性。濾池還有先進的監(jiān)控機制和監(jiān)控儀器，從而在滿足最新日排放量要求的基礎上，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污水處理工廠需要靈活可靠的工藝設計，用于滿足最新的日無機氮總排放要求，該要求對于一年中某些時間的排放要求有更為嚴格的規(guī)定，而對于其它時間則僅需要部分反硝化。由于反硝化濾池在完全反硝化時工作效率最高，這項要求就成了一個挑戰(zhàn)。如無法達到這項要求，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計有獨立的甲醇投加系統(tǒng)。這樣，每個濾池就能夠被獨立監(jiān)控，進行完全高效的反硝化作用或簡單的固體過濾。如此一來就能在最優(yōu)化設備性能和系統(tǒng)靈活度的情況下，通過調(diào)節(jié)進水的策略以使混合的排放水滿足不同日總無機氮排放的要求。

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

系統(tǒng)運行

為了優(yōu)化深床反硝化系統(tǒng)的運行和可靠性，該廠使用了先進的儀表技術和監(jiān)控機制，進入濾池主進水渠的流量由一個流量計進行測量。一臺自動取樣機每隔30-60分鐘從濾池進水渠中提取水樣，另一臺取樣機從混合8個濾池出水的蓄水池內(nèi)取樣。混合水樣每天收集一次，并在污水廠實驗室內(nèi)進行分析。

設備中還有兩臺用于測定硝態(tài)氮和磷含量的紫外線在線分析儀，測量10個位置的水質(zhì)：進水渠、八個濾池的各自的出水、進入蓄水池前的濾池混合出水。設備每次測量一個位置的水質(zhì)，每隔幾分鐘測量一次。

計算機算法以流量和分析儀輸出的數(shù)據(jù)為基礎，從而獨立控制和定量各個濾池進水的甲醇碳源的投加量。甲醇用量由各個濾池的進水流量和進水硝酸鹽數(shù)值決定。各個甲醇泵為對應濾池進行獨立投加，同時以恒定水流對泵抽出的甲醇進行稀釋。這樣，甲醇就能快速進入過濾器進口，從而保證相應的甲醇用量并降低甲醇的可燃性。

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

嚴格的系統(tǒng)測試

在2008年4月進行的濾池首次生物啟動中，開始時以理論用量的四分之一進行甲醇添加，其后每天遞增四分之一用量，直到添加到完全用量。雖然當時過濾水溫為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)，設備在反硝化模式下進行了一次為期5天的濾池過濾性能測試。濾池可在最大日流量下去除超過20 mg/L 的 NO3-N。5天的測試中濾池幾乎都是在最大日流量下持續(xù)運行。早晨NO3-N進水含量峰值接近 30 mg/L，設備處理起來沒有任何問題。該里托頓和英格爾伍德測試項目可能是至今為止深床反硝化過濾器進行過的最為嚴格的全方位操作測試。

驗收測試過程中，各個濾池每天需要進行一次反沖洗，去除懸浮物和過量的微生物。同時，反沖洗泵產(chǎn)生的反向水流還可將氮氣清除或排出過濾器。由高硝態(tài)氮量和流量負荷產(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，每個濾池均進行）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。濾池中的總有機碳含量不但沒有增長，反而經(jīng)常大幅下降。

連續(xù)運行、節(jié)省成本

這個處理廠的設計使得該廠出水質(zhì)量可以經(jīng)濟有效的控制，這是從前是無法實現(xiàn)的。現(xiàn)在，八個濾池中的兩個在僅過濾模式下運行，而其它六個濾池則在反硝化模式下運行。其中5個反硝化模式下的濾池設定有2.5 mg/L NO3-N的出水限值。

剩余的反硝化模式下的濾池，循照八個濾池的總出水取樣機的數(shù)據(jù)運行，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到最少。

計算數(shù)據(jù)顯示，里托頓和英格爾伍德先進污水處理廠按照日平均處理2208 m3/小時（14mgd）計算，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，以單價為1.15美元一加侖來計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)新型獨立濾池控制，在同一情況下該廠每年將耗費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