深床反硝化滤池在市政污水深度处理中的应用

张亮平

(上海市机械设备成套(集团)有限公司，上海 200120)

近年来，国家对环境污染的治理和节能减排逐渐重视，市政污水处理厂的排放标准由一级B提升到一级A的排放标准，因而许多深度处理的工艺应运而生，常见的处理工艺有MBR、转盘过滤器、滤布滤池、连续流砂过滤、深床(反硝化)滤池等，上述每种工艺都有显著的工艺特点和适用场合。MBR处理工艺效果好，出水稳定，但是投资成本和运行成本偏高;转盘过滤器和滤布滤池运行成本低，维护简单，但是出水水质容易受进水水质水量波动的影响;连续流砂过滤器出水稳定，运行简单，但是也会出现滤料流失或者滤料结块的现象，深床(反硝化)滤池基本上避免了滤料流失的问题，但是也可能会出现池底滤砖冲洗不彻底，滤砖堵塞的现象。因此在深度处理设计时，需结合现场的实际情况合理选择工艺，同时避免工艺中可能出现的隐患。

1 深床(反硝化)滤池系统介绍

本文主要就目前逐渐广泛应用的深床(反硝化)滤池工艺进行探讨。

1．1 深床(反硝化)滤池系统组成

深床反硝化滤池结构原理如图1所示。

图1 深床反硝化滤池结构原理图Fig．1 Schematic Diagram of Deep Bed Denitrification Filter

滤料:硬硅质砂，圆形尺寸范围为 1．7～3．3 mm。砾层:圆形硬硅，质砂尺寸范围为 3～19 mm。滤砖:双重平行侧向滤砖，提供超强的反冲洗气水分配性能。进气管:当需要进气管配置时，不锈钢的进气管能够提供均匀的反冲洗气分配。堰板:使滤池与反冲洗水槽分开，为进水和反冲洗出水的均匀分配提供条件。控制系统:控制器专为控制滤池的各种设备而开发。阀门:自动和手动阀门控制水和空气的进出。碳源存储和供给系统:通常为甲醇，根据进入滤池的硝酸氮量来控制碳源投加量。反冲洗泵:为滤池滤料的反冲洗和氮气释放系统反冲洗水。鼓风机:提供反冲洗的空气。其他设备，比如现场仪表(电磁流量计、硝酸盐分析仪、溶解氧分析仪、超声波液位计等)、管道、阀门、驱氮系统、空压机系统。

1．2 工艺机理

深床(反硝化)滤池为重力流滤池，可同步实现三种功能:悬浮物(SS)的过滤去除能力;总磷(TP)的化学除磷能力;总氮(TN)的生物反硝化脱氮能力。

1．2．1 过滤机理

深床滤池采用粗石英砂滤料，在滤池运行过程中存在截留、吸附和脱附3个过程。

(1)截留机理

两种基本类型:机械过滤、在滤料上沉积。

机械过滤——截留所有大于滤料或由已沉积的颗粒物集团形成的滤料筛孔尺寸的颗粒物。滤料的筛孔越小，此现象越明显。其在由较粗滤料构成的滤床中作用较小，但在通过细筛孔介质的过滤中的作用较为重要。

在滤料上沉积——悬浮颗粒物随着液体流动，可能穿过滤料而不被截留，这与其粒径和孔径的相对大小有关。

(2)吸附机理

颗粒物在滤料表面的吸附作用在低滤速时得到加强，原因是物理作用力(挤压、内聚力)及范德华力的吸附。

(3)脱附机理

作为上述机理的结果，被已沉积的颗粒物包裹着的滤料表面之间的间隙变小。流速升高，滤层阻力升高。被截留的沉积物可能脱附并被带到滤料的深层。在滤层失效之前，需要对滤池进行有效的反冲洗，恢复滤层的过滤性能。

深床滤池配有卓越的反冲洗配水配气系统，特有的二次配水配气系统，紧密分布的孔口，无反冲洗死角，大大提高反冲洗效率，提高滤池运行周期，降低滤池反冲洗运行费用。

1．2．2 反硝化脱氮机理

深床滤池滤料层在缺氧环境下运行，滤料表面附着大量的反硝化生物菌群，二级生化处理出水借助重力流通过滤料层，污水中的硝酸盐)或亚硝酸盐)被吸附于滤料载体生物膜的吸附，还原成N2从污水中释放出来，从而实现污水的反硝化脱氮，颗粒滤料同时具有截留悬浮物的作用。

反硝化菌是一类化能异养兼性缺氧型微生物，其反应在缺氧的条件下进行。反应过程中反硝化菌还原硝基氮需利用有机物(如甲醇)作为电子供体，污水厂的三级处理反硝化滤池，滤池进水的碳源(BOD)已经比较低，为保障反硝化生物菌群的正常生物活性，需要适当的碳源(如甲醇)。滤池作为污水厂污水深度处理的保障性工艺，如果碳源投加过量，则引起污水厂出水BOD超标，反硝化滤池特有“进水流量信号+进水溶解氧浓度信号+进水硝基氮浓度信号+出水硝基氮浓度信号”的碳源投加机制，能精确地控制碳源投加量，做到经济节能稳定运行。

1．2．3 碳源投加控制系统

碳源的精确投加直接影响运行费用和反硝化滤池脱氮效果。碳源的投加量除了与进、出水硝基氮浓度有关，还与反硝化滤池进水DO有关。较高跌水引起进水DO升高。反硝化反应的生化环境为缺氧，DO含量会影响反硝化效果、甲醇消耗。碳源投加采用前后反馈复合环路投加控制，控制系统收集“进水流量信号+进水溶解氧浓度信号+进水硝基氮浓度信号+出水硝基氮浓度信号”，通过换算，精确控制碳源投加，保障滤池反硝化效果的同时避免因碳源投加过量引起出水BOD升高的风险。

N2或DO累积在滤料层中，造成滤池水头损失增加，通过单独水反冲释放气体。关闭进水阀、关闭出水阀，启动反冲洗水泵，打开反冲洗水阀门，反冲洗2～5 min，脱除累积的N2，恢复滤池运行，N2释放周期通过进水质、水量自动换算氮气释放周期和液位趋势联合控制。

1．2．4 化学除磷的原理

化学除磷是通过“微絮凝过滤”来完成。通过向污水中投加无机金属盐药剂与污水中溶解性的盐类，与磷酸盐混合后，形成颗粒状、非溶解性的物质，再通过过滤，以悬浮物的形式将磷去除。

1．3 工艺特点

(1)工艺流程短，能耗低，适用可靠，运行管理方便，相对于其他工艺，总体投资较低。

(2)滤池设计合理，采用降流式重力滤池，去除悬浮物效果好，无需后续设置终沉池或过滤池。

(3)深床(反硝化)滤池适用灵活，一池多用，可针对水质情况灵活转换成深床过滤池去除SS或投加适量碳源转换成反硝化滤池，也可以结合加药除磷，满足对总氮和总磷排放更为严格的标准。

1．4 工程实例

无锡市某市政污水厂，深床反硝化滤池主要针对SS的去除，保证出水SS＜10 mg/L，同时在冬季低温反硝化效果不好时，在滤池进水区投加适量碳源，对出水TN进一步把关。反硝化系统既是固定生物膜反应器又是深床滤池。实际运行时，在气温适宜的条件下投加碳源，培养反硝化细菌挂膜，培养好后不再外加碳源，此时主要功能是过滤，当TN超标时只需补加碳源，由于滤池中有相当数量的反硝化细菌，反硝化功能很快恢复，在去除SS的同时进一步反硝化脱氮，运行工况可灵活转换。

目前，该污水处理厂的运行结果显示在外加碳源的情况下，COD、TN和浊度的平均去除率分别可达到30%、70%和75%，出水各项指标均满足一级A标准，运行效果稳定。尤其是TN去除效果明显，在控制外加碳源投加量的情况下，可稳定低于5 mg/L。

1．5 深床滤池设计注意事项

(1)建议将深床滤池进水堰形状改为圆弧形，或者提高滤池液位，减少进水跌落。当滤池使用反硝化功能时，滤池进水堰形状设计为圆弧形，促使水流沿滤池两侧层流，以最小化水流落差来降低充氧影响，减少碳源消耗，节约运行成本。

(2)为节约运行成本，尤其当系统使用到反硝化功能时，建议深床滤池设置自动加药控制系统，将前馈控制与反馈控制相结合，在深床滤池前后分别安装硝酸盐氮在线监测仪器，做到碳源投加量的精确控制。

(3)在选用滤砖时，注意考虑滤砖的材质和结构，防止长时间运行后滤砖表面出现较厚的微生物膜或者滤孔堵塞。

2 结语

深床(反硝化)滤池作为目前新型的深度处理工艺，同时具有去除SS、脱氮和脱磷的复合型功能，运行成本低，性能稳定，只要结合现场的水质水量合理设计，该工艺必将是合理工艺的首选。