反硝化滤池在污水提标升级项目中的应用

＊朱小琴

（湖北建科国际工程有限公司 湖北 430070）

随着我国城镇化进程的加快和经济社会的迅猛发展，人们对生活环境质量要求越来越高，环境保护日益受到重视，提高城镇污水处理厂出水标准，改善地表水体水质，是城镇化进程中须优先解决的问题，也是政府改善民生重要工作目标之一。大悟县城区污水处理厂提标升级工程在此背景下开始建设，本文结合该厂的实施对污水脱氮工艺进行分析。

1.工程现状

大悟县城市污水处理厂，设计污水厂规模2万m3/d，该项目目前处于运营期，污水处理工艺采用水解酸化-KIC-混凝沉淀工艺，现有构筑物包括粗格栅及提升泵房、沉砂池、水解酸化池、KIC生物接触氧化池、混凝沉淀池、巴氏计量槽、污泥水间、鼓风机房等。

2.总体方案

(1)工程规模

本工程设计规模为2.0×104m3/d，服务区的排水体制为雨污分流制，总变化系数为1.49。

(2)设计进出水水质

本次设计旨在对污水厂进行提标升级，由原设计出水一级B标准提升到一级A标准。其进、出水水质对比如表1。

表1 设计进、出水水质指标表

注：括号中的数值为水温≤12℃时的控制指标，括号外的数值为水温＞12℃时的控制指标

对照出水一级A标准与一级B标准的差异，可以看出还需要增设深度处理构筑物进一步处理SS、BOD5、COD、氮、磷等污染物。

(3)工艺论证

本工程重点处理对象如下：

①悬浮

去除二级处理出水中的悬浮物常用的方法是采用混凝、沉淀和过滤工艺，在该工艺过程中，不仅可以去除水中悬浮状的细微颗粒杂质，而且可以去除水中大分子的胶体物质。

②有机物

二级处理出水中的有机物主要为溶解性的有机物和悬浮性的有机物。难降解溶解性有机物可通过混凝沉淀工艺部分去除，而悬浮性的有机物可以通过混凝、沉淀和过滤得以去除。

③氮和磷

在生物接触氧化的二级处理工艺中，若硝化作用进行较完全，则出水中的总氮主要是以硝酸盐氮（NO3-）和亚硝酸盐氮（NO2-）的形式存在，少部分以氨氮（NH3、NH4+）形式存在。

去除硝酸盐氮，可通过反硝化菌去除。在无溶解氧的情况下，反硝化菌利用硝酸盐和亚硝酸盐中的N5+和N3+作为能量代谢中的电子受体，O2-作为受氢体生成H2O和OH-碱度，有机物作为碳源及电子供体提供能量并被氧化稳定。这一过程同时有两种转化途径：一是同化反硝化（合成），最终形成有机氮化合物，成为菌体的组成部分；另一是异化反硝化（分解），最终产物是气态氮。污水处理脱氮重点是异化过程，通过这个过程，氮从正五或正三价转化成零价气态氮，从而实现脱氮作用。

由于本工程需要过滤去除SS，同时需要去除氮及磷，综上所述，本工程推荐采用具有集生物脱氮及过滤功能的反硝化深床滤池；

去除氨氮可以采用化学氧化法，利用强氧化剂将氨氮直接氧化成氮气进行脱除，这种方法还可以起到杀菌作用，本工程采用次氯酸钠（NaClO）去除氨氮及消毒。

出水总磷要降至0.5mg/L以下，目前较可行的技术为化学辅助除磷，除磷药剂采用聚合氯化铝[Al2(OH)nCl6-n]m，简称PAC，通过投药形成絮凝体，再经反硝化深床滤池过滤去除。

由于本工程现状已包含混凝过滤，结合上述分析，本工程选用工艺方案为：微絮凝过滤（反硝化深床滤池）+化学氧化（次氯酸钠）+化学除磷（PAC）。

(4)工艺流程

为保证污水处理厂提标升级后出水达标，并使提标升级后污水厂出水依靠重力排入现状出水口，结合上述污水处理工艺论证，大悟县城市污水处理厂提标升级改造工艺为混凝沉淀池后增设提升泵房、反硝化滤池和接触消毒池。提标升级后水处理工艺流程如图1。

图1 提标升级后水处理工艺流程图

3.反硝化滤池工程设计

根据上述分析，本工程需新建提升泵房、接触消毒池及反硝化滤池，本文重点论述反硝化滤池的作用、设计参数以及平面布局。

(1)功能

反硝化深床滤池是搭载了固定生物膜反应功能的深床过滤滤池，集生物脱氮及过滤功能的深度处理单元，其设计可选择滤池单独运行或反硝化运行工艺，具有多种功能：

①悬浮物（SS）的物理过滤，通常为5～10mg/L；

②磷酸盐磷（PO4-P）的化学除磷+过滤去除，通常0.5mg/L；

③硝基氮（NO3-N）的生物反硝化，通常3mg/L。

(2)设计参数

①滤池规模：设计规模2.0×104m3/d。

②滤池数量

表2 单池尺寸

表3 滤料及承托层

滤料需根据实际需要供货，并需要额外考虑一定的损耗量（通常为3%～5%）。

表4 水力负荷

表5 反冲洗强度设计

表6 控制方式

表7 反冲洗设备

本项目滤池配置1套反冲洗系统，每次只能为一格滤池进行反冲洗，反冲洗罗茨风机采用3台，2用1备，反冲洗水泵采用潜污泵，2台，1用1备。

反冲洗废水通过反冲洗废水排水气动蝶阀排放到滤池进水渠下方的反冲洗废水管中，再流入反冲洗废水池，反冲洗废水池池容至少为一格滤池反洗废水量的1.5倍，反冲洗废水通过潜污泵小流量提升进入厂内污水提升泵井。

表8 反冲洗废水池

表9 压缩空气气源

滤池配套的进水闸门、过滤出水调节阀、反冲洗进水阀、反冲洗进气阀、反冲洗排水阀均采用气动执行机构，压缩空气气源为气动阀门提供压缩空气。

表10 碳源投加系统

碳源投加系统按反硝化去除5mg/L硝态氮，按日平均处理水量2万m3/d考虑。

采用纯度20%的乙酸钠（CH3COONa）作为碳源，碳源投加控制采用“前馈+后馈”环路控制机制，在保证系统出水的前提下，确保系统最经济可靠的碳源投加。系统包括：溶液制备及储存系统、乙酸钠（CH3COONa）溶液定量投加系统、PLC控制系统。

(3)平面及剖面布置

图2 反硝化深床滤池平面图

4.处理效果

大悟县城区污水厂从2019年7月开始试运行，至今已安全稳定运行2年多。运行期间，污水厂严格按照《城市污水处理厂运行、维护、及其安全技术规程》（CJJ 60-94）进行生产运行，实现了安全稳定生产，各项水质指标均达到连续稳定排放要求。

图3 反硝化深床滤池1-1剖面图

表11 大悟县科亮污水厂2021年7月至2021年11月进水水质

表12 大悟县科亮污水厂2021年7月至2021年11月出水水质

根据以上数据可以看出：出水水质稳定，达到《城市污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）一级A标准。

5.结语

大悟县城区污水处理厂提标升级工程自2019年7月运行以来，实现了污水出水由一级B标准提升至一级A标准，减轻了受纳水体环境负荷，该工程的成功运行对城镇污水处理厂提标升级工艺选择具有示范意义。