反硝化深床濾池脫氮運行的應用探討

王國勝

（合肥禎祥污水處理有限公司，安徽 合肥 230088）

引言

反硝化深床濾池脫氮的原理是反硝化微生物生長在反硝化深層濾池系統固定介質的表面，在兼性和厭氧條件下能夠將廢水中的硝酸鹽轉化為氮。為了提高反硝化的作用水平，可將碳源添加到硝化廢水中，以提供反硝化細胞代謝和生長所需的能量。

1 反硝化深床濾池概況分析

1.1 運行工藝

深度反硝化濾池是一種砂濾池，主要面向重力流和固定床，可根據需要隨時進行切換，轉變成深度反硝化濾池，從而實現對不同污染物的處理目標。大量的反硝化細菌附著在濾料表面，設有深層反硝化過濾床，設置缺氧的條件，硝酸鹽就會被轉化為氮，從而成功釋放，濾料中的懸浮物也能被成功過濾。工藝流程簡圖如圖1所示。

圖1 工藝流程簡圖

1.2 反硝化深床濾池的過濾過程

在第一、二期的過濾過程中，使用的是Denite反硝化深床濾池系統，該系統由一個12單元過濾器和一個額外的乙酸鈉酸碳源組成。單格柵過濾器寬度為3.56 m，長度約為30.48 m，處理負荷為0.68 kg NO3--N/m3，濾料的有效粒徑在2～3 mm范圍內，一般的平均過濾速度值是6.4 m/h，濾池最大流速為7.19 m/h，濾料厚度為2.44 m，反硝化深床濾池的反沖洗周期為48 h。具體的反沖洗過程如下：空氣沖洗的持續時間是3～5 min，空氣和水沖洗的持續時間是15～20 min，水沖洗5 min，最小反沖洗阻力為14.7 m3/（m2·h），空氣沖洗強度為110 m3/（m2·h），反硝化深層濾池每4小時通氮一次，每次持續的時間為2 min。在第三期的過濾過程中使用了Leopold Elimi Nite深層反硝化過濾床，該系統由2組8個濾網組成，外加甲醇碳源[1]。

2 反硝化深床濾池脫氮運行的應用

2.1 投加的碳源會影響濾池的反應

在應用反硝化深床濾池過程中，會受到多種因素的影響，碳源的投加情況就是其中一個關鍵的影響因素。添加到碳源中的反硝化細菌大多屬于異養兼性厭氧細菌。在污水處理廠內，特別是水質經過二級處理后，碳含量較低，但硝酸鹽和亞硝酸鹽的去除效率比較低，使后續的處理工作會出現碳源不足的情況。就過濾床深度脫氮的過程而言，通常會添加乙酸鈉、甲醇、葡萄糖等，工藝的實際應用會綜合考慮進水水質的炭氮比情況，目的在于更好地培養反硝化菌，使反硝化的脫氮功能得到明顯增強。比如在某污水處理廠反硝化濾池啟動過程中測定了乙酸鈉的用量，當乙酸鈉初始用量較高時，測得TN的去除率在40%～60%范圍內。而根據以往經驗，0.1 g/L乙酸鈉為最佳劑量，因此該污水處理廠進行了科學地調整，使用AAO法和甲醇添加量為20～50 mg/L的方法，對水處理廠的出水TN進行控制，保持為不超過5 mg/L。使用過濾工藝為AO+高效沉淀池+深層反硝化濾池，進水時TN波動較大，需要在過濾前向缺氧池中加入葡萄糖和乙酸鈉，防止出水部分COD和BOD5過高。在研究甲醇和乙酸鈉作為碳源對生物濾池反硝化的影響時，得到的結果是：乙酸鈉具有較高的微生物產率和較短的運行周期，58.38%的生物濾池中的反應與反硝化作用有關，高于甲醇濾池的36.68%，甲醇運行的特點是比較穩定且成本不高。

2.2 氧分子由硝酸鹽代替

在反硝化過程中，用硝酸鹽代替分子氧，成為選擇性受體，通過無氧呼吸，實現對有機質的有效分解。深度反硝化濾池結構中的氧含量高，反硝化細菌將以氧為受體，先消耗存在的氧，或減少對硝酸鹽氮的消耗量。結果表明，只有當溶解氧維持在0.5 mg/L時，才能正常地進行反硝化反應。當出水溶解氧的含量大于5 mg/L時，對TN的去除率將會低于20%，而溶解氧在0.5 mg/L時，廢水總氮去除率會在60%～80%之間[2]。為做好深度反硝化濾池運行的管理，應有效控制溶解氧的含量，同時在落差水頭處充氧。采用穩定水位滲流或弧形堰進水的形式，提高脫氮水平。

2.3 TN的去除效果會受到DO含量的影響

在氧氣含量達到一定水平時，氧會作為電子受體，影響反硝化細菌的功能，這會對反硝化作用產生不利影響。當反應環境為厭氧或缺氧時，反硝化細菌會借助于廢水中的NO3-，發揮其電子受體的作用，將水中的硝酸鹽去除。深層濾池反硝化過程需要在厭氧或者是兼氧的條件下完成。因此，如果進水DO過高或有一定的波動，反硝化細菌的反硝化過程則會受到較為明顯的影響，而且這種影響是不利的。在實際處理工作中，污水處理廠的出水仍然會有氨氮成分。因此，當進水DO較高時，出水DO含量就較低，促進進水氨氮/總氮的硝化作用。而氨氮硝化后產生的亞硝態氮、硝酸鹽在后續反硝化過程中轉化為無機物，這就是濾池深度反硝化。如果出水的DO＞5 mg/L，對TN的去除率則比較低，一般不會高于20%。要想保證TN去除率比較穩定，就要使DO的含量小于1 mg/L，此時對TN的去除率就能達到60%～80%。根據上述內容得知，為了保持深度濾池的高反硝化和脫氮率，應當保證DO的含量不高于1 mg/L。

2.4 保證合適的乙酸鈉投加量

深床過濾處理的原水是污水處理廠的出水，而污水處理廠一般采用活性污泥法對污水進行處理，因此有效有機碳（BOD）的含量很低。盡管深濾床中存在的硝化細菌大多是自養細菌，但反硝化細菌的反硝化過程必須消耗一定量的有機碳源乙酸鈉作為碳源反硝化的反應物，所以要將一定量的碳源加入到深床濾池的原水中。當乙酸鈉濃度為0.69 g/L，能將40%～60%的TN去除，此時的出水會有厭氧臭味。當乙酸鈉濃度為0.35 g/L時，能夠將20%～40%的TN去除，此時出水的臭味就會減輕。當向其中投入質量濃度為0.05 g/L的乙酸鈉時，就能將0～40%的TN去除，此時的出水比較清澈，而且沒有明顯的氣味。將乙酸鈉的濃度調節到0.10 g/L，深床濾池對TN的去除率會隨馴化時間的延長而穩定。因此，可以認為0.10 g/L的乙酸鈉劑量適用于深層過濾反硝化工藝[3]。

3 結語

本文從運行工藝和反硝化深床濾池的一、二、三期兩方面入手總結反硝化深床濾池運行的基本情況，認為要想良好應用反硝化深床濾池脫氮運行技術，應保證合適的乙酸鈉投加量，并重點關注TN的去除效果會受到DO含量影響這一問題，此外還需通過投加合適的碳源，來優化濾池反應。