深床反硝化濾池在市政污水深度處理中的應用

張亮平

(上海市機械設備成套(集團)有限公司，上海 200120)

近年來，國家對環境污染的治理和節能減排逐漸重視，市政污水處理廠的排放標準由一級B提升到一級A的排放標準，因而許多深度處理的工藝應運而生，常見的處理工藝有MBR、轉盤過濾器、濾布濾池、連續流砂過濾、深床(反硝化)濾池等，上述每種工藝都有顯著的工藝特點和適用場合。MBR處理工藝效果好，出水穩定，但是投資成本和運行成本偏高;轉盤過濾器和濾布濾池運行成本低，維護簡單，但是出水水質容易受進水水質水量波動的影響;連續流砂過濾器出水穩定，運行簡單，但是也會出現濾料流失或者濾料結塊的現象，深床(反硝化)濾池基本上避免了濾料流失的問題，但是也可能會出現池底濾磚沖洗不徹底，濾磚堵塞的現象。因此在深度處理設計時，需結合現場的實際情況合理選擇工藝，同時避免工藝中可能出現的隱患。

1 深床(反硝化)濾池系統介紹

本文主要就目前逐漸廣泛應用的深床(反硝化)濾池工藝進行探討。

1．1 深床(反硝化)濾池系統組成

深床反硝化濾池結構原理如圖1所示。

圖1 深床反硝化濾池結構原理圖Fig．1 Schematic Diagram of Deep Bed Denitrification Filter

濾料:硬硅質砂，圓形尺寸范圍為 1．7～3．3 mm。礫層:圓形硬硅，質砂尺寸范圍為 3～19 mm。濾磚:雙重平行側向濾磚，提供超強的反沖洗氣水分配性能。進氣管:當需要進氣管配置時，不銹鋼的進氣管能夠提供均勻的反沖洗氣分配。堰板:使濾池與反沖洗水槽分開，為進水和反沖洗出水的均勻分配提供條件。控制系統:控制器專為控制濾池的各種設備而開發。閥門:自動和手動閥門控制水和空氣的進出。碳源存儲和供給系統:通常為甲醇，根據進入濾池的硝酸氮量來控制碳源投加量。反沖洗泵:為濾池濾料的反沖洗和氮氣釋放系統反沖洗水。鼓風機:提供反沖洗的空氣。其他設備，比如現場儀表(電磁流量計、硝酸鹽分析儀、溶解氧分析儀、超聲波液位計等)、管道、閥門、驅氮系統、空壓機系統。

1．2 工藝機理

深床(反硝化)濾池為重力流濾池，可同步實現三種功能:懸浮物(SS)的過濾去除能力;總磷(TP)的化學除磷能力;總氮(TN)的生物反硝化脫氮能力。

1．2．1 過濾機理

深床濾池采用粗石英砂濾料，在濾池運行過程中存在截留、吸附和脫附3個過程。

(1)截留機理

兩種基本類型:機械過濾、在濾料上沉積。

機械過濾——截留所有大于濾料或由已沉積的顆粒物集團形成的濾料篩孔尺寸的顆粒物。濾料的篩孔越小，此現象越明顯。其在由較粗濾料構成的濾床中作用較小，但在通過細篩孔介質的過濾中的作用較為重要。

在濾料上沉積——懸浮顆粒物隨著液體流動，可能穿過濾料而不被截留，這與其粒徑和孔徑的相對大小有關。

(2)吸附機理

顆粒物在濾料表面的吸附作用在低濾速時得到加強，原因是物理作用力(擠壓、內聚力)及范德華力的吸附。

(3)脫附機理

作為上述機理的結果，被已沉積的顆粒物包裹著的濾料表面之間的間隙變小。流速升高，濾層阻力升高。被截留的沉積物可能脫附并被帶到濾料的深層。在濾層失效之前，需要對濾池進行有效的反沖洗，恢復濾層的過濾性能。

深床濾池配有卓越的反沖洗配水配氣系統，特有的二次配水配氣系統，緊密分布的孔口，無反沖洗死角，大大提高反沖洗效率，提高濾池運行周期，降低濾池反沖洗運行費用。

1．2．2 反硝化脫氮機理

深床濾池濾料層在缺氧環境下運行，濾料表面附著大量的反硝化生物菌群，二級生化處理出水借助重力流通過濾料層，污水中的硝酸鹽)或亞硝酸鹽)被吸附于濾料載體生物膜的吸附，還原成N2從污水中釋放出來，從而實現污水的反硝化脫氮，顆粒濾料同時具有截留懸浮物的作用。

反硝化菌是一類化能異養兼性缺氧型微生物，其反應在缺氧的條件下進行。反應過程中反硝化菌還原硝基氮需利用有機物(如甲醇)作為電子供體，污水廠的三級處理反硝化濾池，濾池進水的碳源(BOD)已經比較低，為保障反硝化生物菌群的正常生物活性，需要適當的碳源(如甲醇)。濾池作為污水廠污水深度處理的保障性工藝，如果碳源投加過量，則引起污水廠出水BOD超標，反硝化濾池特有“進水流量信號+進水溶解氧濃度信號+進水硝基氮濃度信號+出水硝基氮濃度信號”的碳源投加機制，能精確地控制碳源投加量，做到經濟節能穩定運行。

1．2．3 碳源投加控制系統

碳源的精確投加直接影響運行費用和反硝化濾池脫氮效果。碳源的投加量除了與進、出水硝基氮濃度有關，還與反硝化濾池進水DO有關。較高跌水引起進水DO升高。反硝化反應的生化環境為缺氧，DO含量會影響反硝化效果、甲醇消耗。碳源投加采用前后反饋復合環路投加控制，控制系統收集“進水流量信號+進水溶解氧濃度信號+進水硝基氮濃度信號+出水硝基氮濃度信號”，通過換算，精確控制碳源投加，保障濾池反硝化效果的同時避免因碳源投加過量引起出水BOD升高的風險。

N2或DO累積在濾料層中，造成濾池水頭損失增加，通過單獨水反沖釋放氣體。關閉進水閥、關閉出水閥，啟動反沖洗水泵，打開反沖洗水閥門，反沖洗2～5 min，脫除累積的N2，恢復濾池運行，N2釋放周期通過進水質、水量自動換算氮氣釋放周期和液位趨勢聯合控制。

1．2．4 化學除磷的原理

化學除磷是通過“微絮凝過濾”來完成。通過向污水中投加無機金屬鹽藥劑與污水中溶解性的鹽類，與磷酸鹽混合后，形成顆粒狀、非溶解性的物質，再通過過濾，以懸浮物的形式將磷去除。

1．3 工藝特點

(1)工藝流程短，能耗低，適用可靠，運行管理方便，相對于其他工藝，總體投資較低。

(2)濾池設計合理，采用降流式重力濾池，去除懸浮物效果好，無需后續設置終沉池或過濾池。

(3)深床(反硝化)濾池適用靈活，一池多用，可針對水質情況靈活轉換成深床過濾池去除SS或投加適量碳源轉換成反硝化濾池，也可以結合加藥除磷，滿足對總氮和總磷排放更為嚴格的標準。

1．4 工程實例

無錫市某市政污水廠，深床反硝化濾池主要針對SS的去除，保證出水SS＜10 mg/L，同時在冬季低溫反硝化效果不好時，在濾池進水區投加適量碳源，對出水TN進一步把關。反硝化系統既是固定生物膜反應器又是深床濾池。實際運行時，在氣溫適宜的條件下投加碳源，培養反硝化細菌掛膜，培養好后不再外加碳源，此時主要功能是過濾，當TN超標時只需補加碳源，由于濾池中有相當數量的反硝化細菌，反硝化功能很快恢復，在去除SS的同時進一步反硝化脫氮，運行工況可靈活轉換。

目前，該污水處理廠的運行結果顯示在外加碳源的情況下，COD、TN和濁度的平均去除率分別可達到30%、70%和75%，出水各項指標均滿足一級A標準，運行效果穩定。尤其是TN去除效果明顯，在控制外加碳源投加量的情況下，可穩定低于5 mg/L。

1．5 深床濾池設計注意事項

(1)建議將深床濾池進水堰形狀改為圓弧形，或者提高濾池液位，減少進水跌落。當濾池使用反硝化功能時，濾池進水堰形狀設計為圓弧形，促使水流沿濾池兩側層流，以最小化水流落差來降低充氧影響，減少碳源消耗，節約運行成本。

(2)為節約運行成本，尤其當系統使用到反硝化功能時，建議深床濾池設置自動加藥控制系統，將前饋控制與反饋控制相結合，在深床濾池前后分別安裝硝酸鹽氮在線監測儀器，做到碳源投加量的精確控制。

(3)在選用濾磚時，注意考慮濾磚的材質和結構，防止長時間運行后濾磚表面出現較厚的微生物膜或者濾孔堵塞。

2 結語

深床(反硝化)濾池作為目前新型的深度處理工藝，同時具有去除SS、脫氮和脫磷的復合型功能，運行成本低，性能穩定，只要結合現場的水質水量合理設計，該工藝必將是合理工藝的首選。