深床滤池在城镇污水深度处理中的应用及设计

陈荣

（广东顺建规划设计研究院有限公司，广东 佛山 528300）

1 提标改造项目概况

广东地区某镇污水处理厂，已建污水处理设施两期，污水处理规模共50 000m3/d，根据该厂历年的进水水质数据趋势分析，项目设计进水水质如下：

CODCr：120～300mg/L；BOD5：60～150mg/L；SS：100～200mg/L；NH3-N：20～30mg/L；TN：30～40mg/L；TP：2～4mg/L。

项目提标改造后的设计出水水质按照《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级A标准（未提标前为一级B标准）和广东省《水污染物排放限值》（DB 44/26—2001）第二时段一级标准的较严值执行（见下表）。

陈村污水处理厂设计出水水质 （单位：mg/L）

2 提标改造项目工艺设计

2.1 项目原处理工艺、现状及存在问题

该项目的原处理工艺流程为：污水→粗格栅及提升泵房→配水井→细格栅及旋流沉砂池→CASS生化处理池→液氯接触消毒池→出水提升泵房→尾水排放；CASS池底泥排入污泥池后由泵入带式压滤机浓缩脱水后外运处理。

根据污水处理厂历年的运行情况，提标前污水处理后的水质指标均可稳定达到出水标准要求，达标率为100%。提标改造设计的出水标准，COD、BOD、TN、NH3-N、TP的达标保证率为100%，其中TN、NH3-N、TP的最大值接近出水标准，安全预留空间相对较小；SS超出新标准较多，达标保证率为73%。故提标改造重点控制的污染指标为SS以及TP、NH3-N和TN。

现状水量基本达到了设计水量，但现状的进水水质浓度较低，与设计的进水水质浓度存在较大差异。进水营养物质（BOD）偏低，碳氮比（BOD/TN）较低，反硝化细菌的生物活性受到抑制，降低了反硝化效率，影响TN去除效率。现状运行TN去除率在50%左右。

2.2 污染物稳定达标的对策

NH3-N，在CASS池内提高污泥浓度、提高曝气量，增加硝化反应效能，达到更好的去除效果；深度处理技术SS主要是混凝沉淀、过滤法等；针对TP，采用投加化学药物进行化学除磷；TN的去除是反硝化过程，选择反硝化深床滤池做为深度处理工艺，可在原CASS池前端去除TN的基础上，保证TN稳定达标。该滤池反硝化和过滤同时运行，SS、TP可同时过滤去除[1、2]。

2.3 提标改造项目总体工艺设计

项目的总体工艺流程设计为：污水→粗格栅及提升泵房→配水井→细格栅及旋流沉砂池→CASS生化处理池→调蓄池（原二期液氯接触消毒池）→中间提升泵房（原出水提升泵房）→反硝化深床滤池→紫外消毒池（新建）→出水提升泵房（新建）→尾水排放。

原二期工程（30 000m3/d）CASS池仅建设一座，分两格运行，排水水量变化过大，设置调蓄池调节水量，保证后续反硝化深床滤池水量平均运行。反硝化深床滤池（含反冲洗泵房）与紫外线消毒池、出水提升泵房合建，在原一期液氯接触消毒池拆除后的位置建设。

3 反硝化深床滤池设计

3.1 反硝化深床滤池影响因素

反硝化是在缺氧的状态下，污水中的反硝化细菌将硝酸氮（NO3-N）和亚硝酸氮（NO2-N）还原成气态氮（N2）的过程。除池容之外，其他影响反硝化效果的因素有，1）碳（C）源：反硝化反应是由异养微生物完成的生化反应，其在溶解氧浓度极低的条件下，利用硝酸盐中的氧作为电子受体，有机物作为碳源及电子供体。当BOD/TN＞3～5时，可认为C源充足；2）温度：最适宜的温度范围是20℃～40℃，温度低于5℃时，反应速率会下降；3）pH值：反硝化过程的最适宜pH值为7.0～7.5；4）溶解氧：最好控制在0.5mg/L以下，以免过多消耗外加的碳源[3]；5）有毒物质。

该项目地处我国南方，且主要收集处理生活污水，水温、p H、有毒物质等水质指标较稳定，故影响因素主要是溶解氧和C源。为防止滤池前的跌水充氧，污水管道均采用淹没进水，以减少溶解氧的影响。C源则严重不足，需外加C源。

3.2 外加C源分析及投加量

（1）外加C源的选择：乙酸钠做为常用外加C源，比淀粉易溶于水，无残留和污泥絮体，不含有氮、磷等营养物质；淀粉需转化为低分子有机酸才能被微生物利用，反硝化速率要远低于甲醇、乙醇、乙酸钠[4]。乙酸钠相对于甲醇、乙醇，不属于易燃易爆的危险品，方便运输及储存，且价格也相对便宜，故选择乙酸钠做为外加C源（市售溶液浓度为20%）。

（2）外加C源投加量：结合现有的水质资料，该次设计去除的T N 量按5 m g/L 考虑，外加C 源按Cm（COD）=5N投加[5]，则需投加COD约25mg/L，乙酸钠COD当量为0.68[5]，则乙酸钠投加量为36.8mg/L。

3.3 反硝化深床滤池结构及设计原理

反硝化深床滤池为降流式填充床缺氧脱氮滤池，由滤池本体、滤料、反冲洗系统、自控系统等组成。由顶部进水、渠道布水；采用特殊规格及形状的石英砂作为反硝化生物的挂膜介质，同时深床又是硝酸氮（NO3-N）、亚硝酸氮（NO2-N）、悬浮物极好的去除场所。2～4mm介质的比表面积较大。1.83m深介质的滤床足以避免窜流或穿透现象。均质石英砂允许固体杂质透过滤床的表层，深入滤料深处，达到整个滤池纵深截留固体物，在反冲洗周期区间，每平方米过滤面积能保证截留≥7.3kg固体悬浮物的高负荷，从而可大大延长滤池过滤周期，减少了反冲洗次数，并能轻松应对峰值流量或处理污水污泥的膨胀等异常情况。悬浮物不断的被截留会增加水头损失，因此需要反冲洗以去除截留的固体物。由于固体物负荷高、床体深，因此需要较高强度的反冲洗。滤池采用气、水协同进行反冲洗。反冲洗模拟人的搓手模式，大量强有力的空气使滤料相互搓擦，使截留的SS全部清洗出池，冲洗用水一般为总量的1%～3%。反冲洗污水返回至前段处理单元。

3.4 反硝化深床滤池设计参数

（1）项目的污水处理量为50 000m3/d，滤池分6组设计，5组运行，1组备用，其中一组进行反冲洗时运行备用滤池。故每组滤池处理水量10 000m3/d。变化系数K=1.38，单组平均设计流量416.67m3/h，最大设计流量575m3/h；设计平均滤速按7m/h，过滤面积为59.5m2，根据用地形状尺寸，每组池内尺寸为12.2m×4.88m。设计峰值滤速为9.66m/h。

（2）滤池高程按5.45m设计，超高0.78m，布水装置（由专业公司提供）高0.77m，有效水深3.9m。有效停留时间33.4min（峰值时为24.2min）。滤池内部总水头损失2.95m，出水消毒后经尾水提升泵排入受纳水体。

（3）水反冲洗强度取15m3/m2·h，单池反冲洗水量893m3/h，采用滤后水反冲；空气反冲洗强度取92m3/m2·h，单池反冲洗空气量5477.31m3/h。采用气水分布滤砖技术，形成空气反射内腔，气水混合从相邻砖间隙强力喷出，分布整个滤池，形成均匀及强力气水反冲。反冲洗周期按48小时进行1次，每次历时5～8min。

（4）反硝化过程中硝态氮转化成的氮气气泡被滤床生物膜截留，聚集于介质表层，须借助外力对其进行扰动脱稳排出池体，恢复水头，故滤池设驱氮设备，将N2更快速吹脱入空气中。驱氮强度按15m3/m2·h设计，频率4小时1次，历时0.5～2min。

4 结语

项目实施以上提标改造设施建设后，2018年年底进行了环保监测及验收，出水水质情况为：CODCr：16～25mg/L；BOD5：3.4～5.6mg/L；SS：5～9mg/L；NH3-N：0.142～0.675mg/L；TN：9.35～13.3mg/L；TP：0.07～0.39mg/L；粪大肠菌群数800～900个/L。各项污染指标均满足排放标准。

反硝化深床滤池应用于污水处理厂提标改造的深度处理，对TN、TP、SS的去除均有明显效果。调试过程根据CASS出水情况调节外加C源量，投加量略低于设计投加量。