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(huán)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(fā)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?？晒?jié)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(chǎn)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(yǎng)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(yǎng)和馴化兼性厭氧異養(yǎng)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(tài)氮和亞硝態(tài)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(jù)上述兩個反應式計算，得出1 g 亞硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化為氮氣時，有機物（以BOD5 表示）需要1.71 g，1 g 硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化為氮氣時，有機物（以BOD5 表示）需要2.86 g，并由此產(chǎn)生堿度（以CaCO3計）3.57 g。

NSF 前置反硝化脫氮濾池最大優(yōu)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(tǒng)，同時避免了尾水不會因外加碳源不當而產(chǎn)生CODcr 超標現(xiàn)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(wěn)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(tǒng)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(tǒng)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(jīng)驗顯示受溫度影響，填料型固定反硝化系統(tǒng)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(jīng)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(tài)的反硝化濾池系統(tǒng)中，菌周圍的微生物環(huán)境的氧分壓與大環(huán)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(jīng)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(guī)活性污泥法濃度，水流方向為升流式，從下到上經(jīng)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(qū)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(jīng)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(jīng)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(jīng)過生物填料層。處理后的出水經(jīng)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(zhì)，濾床深度約3.0 m，濾床有足夠的水質(zhì)保護深度，避免水質(zhì)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(lián)合反沖洗，高強度的空氣使濾床產(chǎn)生微膨脹，濾料相互搓擦，使截留的SS 全部剝離介質(zhì)，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(zhuǎn)換成氮氣完成污水的脫氮反應過程。工程經(jīng)驗和數(shù)據(jù)證明，如前端反應較為完全，本工藝出水指標可穩(wěn)定為TN≤5 mg/L。反硝化過程中，硝酸氮轉(zhuǎn)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(jīng)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(jié)??；⑤采用淹沒式水面進水，解決了常規(guī)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(shù)

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

（2）設計水質(zhì)。處理對象為合肥某污水處理廠及配套管網(wǎng)工程二級生化處理工藝出水，設計進水水質(zhì)一級B 標準，經(jīng)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(zhì)見表1。

（3）設計參數(shù)。①設計水量50 000 m3/d，變化系數(shù)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(lián)合反沖洗，步驟:進行3～5 min 氣洗，10～15 min 氣水聯(lián)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(zhì)

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(tǒng)

（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(nèi)的污水和空氣均勻分布；可實現(xiàn)模塊化設計；安裝精度高、可以保證施工質(zhì)量；運行過程中不會出現(xiàn)堵塞、腐蝕和老化等現(xiàn)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(zhì)，濾床深度約3.0 m。

5.2 處理水優(yōu)質(zhì)水質(zhì)

（1）缺氧環(huán)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(zhì)，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(tǒng)連續(xù)、穩(wěn)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(tǒng)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(qū)除氮氣技術，即釋氮循環(huán)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(chǎn)物——脫氮的工藝特點。

（4）集成化自動控制系統(tǒng)，能實現(xiàn)該反硝化工藝長期、穩(wěn)定、可靠地連續(xù)運行、氣水反沖、驅(qū)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。