前置反硝化深床濾池工藝技術

嚴欣茹，房 俊，馬天添

（合肥通用環境控制技術有限責任公司，安徽合肥 230038）

1 前置反硝化深床濾池工藝流程（圖1）

NSF 前置反硝化濾池是由好氧生物濾池發展來的缺氧反硝化濾池，將NSF 置于曝氣生物濾池SAF 或BAF 工藝之前，就是典型的膜法A/O 除磷脫氮工藝。可節省后置反硝化脫氮外加碳源的運行費用。

圖1 前置反硝化深床濾池工藝流程

2 前置反硝化工藝原理

NSF 前置反硝化濾池是缺氧型生物濾池，生物填料上生長著高濃度、生生不息的反硝化菌細菌，如變形桿菌屬（Proteus）、芽孢桿菌屬（Bacillus）、微球菌屬（Micrococcus）、產堿桿菌屬（Alcaligenes）、黃 桿 菌 屬（Fla vobacter）、假 單 胞 菌 屬（Pseudomonas），等等。反硝化反應是一群異養兼性微生物完成的生物化學過程，在NSF 反應器中選擇性地培養和馴化兼性厭氧異養型反硝化過程菌群。通過對好氧生物濾池硝化液的回流，反硝化細菌群利用原水中的碳源獲得能量，利用硝態氮和亞硝態氮離子中的氧進行呼吸，將硝酸鹽氮還原成N2釋放到大氣中，達到污水脫氮的目的。

生物反硝化過程可用2NO2-+6H（電子供體有機物）→N2+2H2O+2OH-和2NO3-+1OH（電子供體有機物）→N2+4H2O+2OH-表示。根據上述兩個反應式計算，得出1 g 亞硝酸鹽氮轉化為氮氣時，有機物（以BOD5 表示）需要1.71 g，1 g 硝酸鹽氮轉化為氮氣時，有機物（以BOD5 表示）需要2.86 g，并由此產生堿度（以CaCO3計）3.57 g。

NSF 前置反硝化脫氮濾池最大優勢是合理利用原水中的有機物作為碳源，省去了外加碳源，降低了運行成本，省去了復雜的碳源投加控制和儲藥系統，同時避免了尾水不會因外加碳源不當而產生CODcr 超標現象。污水處理廠生活污水由較高的碳氮比，完全符合采用前置生物反硝化脫氮的工藝要求。NSF 前置反硝化脫氮濾池生物填料采用復式生物填料，生物化學穩定性好，抗腐蝕，表面粗糙，比表面積大，利于微生物固著生長，生物量大，反硝化效率高達70%以上。系統全自動運行，操作、管理運行及其簡單，采用獨特的濾磚布水和氣搓排泥防堵塞技術，100%保證NSF 前置反硝化濾池無堵塞、無填料流失和磨損，終身免維護。影響生物反硝化的因素如下。

（1）溫度。反硝化反應最適宜溫度范圍為20～40 ℃，低于15 ℃時反應速率明顯下降，低于5 ℃時，反硝化速率較低。有研究表明，溫度對反硝化反應速率的影響與反硝化系統的類型（生物懸浮生長或固著生長）、硝氮負荷等因素有關。為提高在低溫條件下的反硝化的反應速率，可以采用降低負荷率、延長污泥齡、加大水力停留時間等方法，工程經驗顯示受溫度影響，填料型固定反硝化系統的反應速率比流化床和懸浮污泥小。

（2）pH 值。反硝化反應最適宜pH 值為7.0～7.5，不適宜的pH 值將影響反硝化細菌群增值和活性。

（3）溶解氧。在反硝化反應過程中，污水中的溶解氧對反硝化反應起到抑制作用。經驗證明，正常情況下，為保證反硝化反應正常進行，溶解氧濃度需保持0.5 mg/L 以下。在缺氧狀態的反硝化濾池系統中，菌周圍的微生物環境的氧分壓與大環境中的氧分壓是不同的，生物膜對氧的傳遞形成一定阻力，因此濾池中溶解氧濃度略高于活性污泥也能完成較好的反硝化反應。

（4）碳氮比。經驗證明，將1 g 硝酸鹽氮還原為氮氣需要2.86 g 碳源有機物（以BOD5 表示）。一般情況，反硝化反應中污水BOD5/TKN 的值大于3～5 時，認為碳源充足。

3 前置反硝化深床濾池工藝描述

NSF 前置反硝化濾池缺氧生物膜濃度約為20 000 mg/L，遠遠高于常規活性污泥法濃度，水流方向為升流式，從下到上經過生物填料層，具有推流生物反應器的特點，有利于將氮氣氣泡驅逐出池體，生物附著于填料表面并不斷更新，污泥不存在流失等問題，泥齡也無限制等。

污水自前端斜板沉淀池經重力流入NSF 前置反硝化濾池進水渠，濾池采用升流式，污水自濾池進水渠依靠重力，經渠頂手動閥門流入每格濾池配水渠，每格濾池含4 個配水渠，污水配水渠依靠重力自池底由下而上經過生物填料層。處理后的出水經池頂出水堰進入下一級處理工藝。

濾料采用10～40 mm 球形卵石、火山巖復式生物介質，濾床深度約3.0 m，濾床有足夠的水質保護深度，避免水質擊穿，能輕松應對峰值流量或處理廠污泥膨脹等異常情況。當反硝化濾池完全失去過濾水頭時，必須對濾池進行反沖洗，反沖洗模擬人洗手搓擦模式，采用強力空氣和水進行聯合反沖洗，高強度的空氣使濾床產生微膨脹，濾料相互搓擦，使截留的SS 全部剝離介質，通過反沖洗水將SS 清理出濾池，清洗率達到100%。

原水中的有機物作為碳源，濾料表面附著生長的反硝化細菌把硝酸氮轉換成氮氣完成污水的脫氮反應過程。工程經驗和數據證明，如前端反應較為完全，本工藝出水指標可穩定為TN≤5 mg/L。反硝化過程中，硝酸氮轉換為氮氣，深床濾池中會集聚些氮氣，這些氮氣繞竄在濾池中，可增強細菌與污水的接觸，進而提高過濾效率。

反硝化深床濾池水流方向為升流式，自下而上經過填料層，附著在填料表面的細菌群不斷更新，從而不會造成大量氮氣集聚、污泥流失、污泥老化等問題。該工藝特點:①反硝化效率高，具有較強的脫氮功能；②對水力負荷有較強的適應性；③對SS的要求非常寬松；④負荷高，占地非常節省；⑤采用淹沒式水面進水，解決了常規重力濾池高位反堰進水充氧的弊端，避免了進水溶解氧的升高，減少了反硝化碳源的消耗。

4 合肥某污水處理廠項目前置反硝化深床濾池設計參數

（1）設計水量。處理規模Q=50 000 m3/d；變化系數Kz=1.38。

（2）設計水質。處理對象為合肥某污水處理廠及配套管網工程二級生化處理工藝出水，設計進水水質一級B 標準，經過深度處理，出水要求符合一級A 標準。設計冬季最低進水水溫≥12 ℃。

前置反硝化深床濾池設計進、出水水質見表1。

（3）設計參數。①設計水量50 000 m3/d，變化系數K=1.38，平均設計流量2083 m3/h，最大設計流量2875 m3/h；②設計濾速。設計平均濾速Va=3.95 m/h，設計峰值濾速Vb=5.45 m/h，設計平均流量強制濾速Vc=4.94 m/h，設計峰值流量強制濾速Vd=6.81 m/h；③反沖洗風機。反沖洗空氣強度為90 m3/（m2·h），為保證反沖洗強度不變，采用反沖洗羅茨鼓風機。反沖洗風量Qa=9505.44 m3/h，選用單臺羅茨風機，風量79 m3/min，風壓70 kPa，共3 臺，2 用1備；④反沖洗水泵。反沖洗水強度為15 m3/（m2·h），反沖洗水量Qa=1584.24 m3/h，選用單臺水泵，流量1585 m3/h，揚程10 m，共3臺，1 用1 備；⑤濾池反沖洗周期24～48 h；⑥濾池反沖洗采用氣水聯合反沖洗，步驟:進行3～5 min 氣洗，10～15 min 氣水聯合反沖洗，3～5 min 清水漂洗。

表1 前置反硝化深床濾池設計進、出水水質

5 合肥某污水處理廠項目前置反硝化深床濾池特點

該反硝化深床濾池采用污水專用的氣水分布塊配水配氣工藝設計，具有很好的反沖洗均勻度，確保濾池在任何極端情況下，均具有良好的反沖洗效果。

5.1 專用型配水布氣系統

（1）該項目濾池工藝采用氣水分布濾磚技術，反沖洗時“二次布氣”，空氣與污水充分混合后，再從相鄰的濾磚間隙中噴出，濾池內的污水和空氣均勻分布；可實現模塊化設計；安裝精度高、可以保證施工質量；運行過程中不會出現堵塞、腐蝕和老化等現象；無易損易耗件、使用壽命長，終身免維護。

（2）濾料。濾料采用10～40 mm 球形卵石、火山巖復式生物介質，濾床深度約3.0 m。

5.2 處理水優質水質

（1）缺氧環境和碳源有機物等條件滿足時，具有良好的去除NOX-N 功能。

（2）濾料粒徑為10～40 mm 球形卵石、火山巖復式生物介質，濾床深度約3.0 m。粒徑較大，具有良好的物化過濾功能，對SS、濁度去除效果良好。

（3）由于SS 的去除，對生物合成的BOD、COD 有機物有一定去除效果。

5.3 獨特的工藝特征

（1）粗濾料、深濾床對反硝化工藝系統連續、穩定、高效運行提供了保證基礎。

（2）其反沖冼裝置、布氣裝置、工藝等系統集成技術，可有效解決直接過濾和生物濾池生物膜脫落堵塞等濾池原有問題。

（3）其驅除氮氣技術，即釋氮循環技術，能有效解決污水過濾工藝中常見的“氣堵”問題，適用于生物反硝化工藝最終產物——脫氮的工藝特點。

（4）集成化自動控制系統，能實現該反硝化工藝長期、穩定、可靠地連續運行、氣水反沖、驅除氮氣等功能。

5.4 完整性、集成化的自動化裝置

（1）有效簡化人工操作，工藝過程控制簡單。

（2）自動化程度高，運行管理方便簡單。