深床反硝化濾池工藝技術在污水處理廠的提標試驗研究

毛華峰，江建國

（江山市環境保護監測站，浙江 江山 324100）

近年來，國家環境水質保護要求日益提高。十九大報告提出要實現人與自然和諧共生的現代化，同時推出美麗中國四大舉措：創造優美生態環境，推進綠色發展、著力解決突出環境問題、加大生態系統保護力度。

隨著國家水質要求的提升，城鎮污水集中處理的出水標準從原有的一級B提高到一級A排放標準[1]。排放水質參數如表1所示。

1 傳統的提標改造工藝方法

傳統的提標改造工藝方法有：通過增加預處理工序和生化處理工序的強度，提高預處理和生化處理停留反應時間，從而達到降低出水化學需氧量（COD）的目標；在原有的好氧池前端增加缺氧區，利用缺氧反應提高總氮的去除效率，從而達到降低出水總氮（TN）的目標；提高生化處理工序的停留反應時間，增加生化處理效果，同時增加PAC（聚合氯化鋁）等化學藥劑同步化學除磷，從而達到降低出水總磷（TP）的目標；提高預處理工序的曝氣除砂和格柵細度，后續增加PAC等絮凝劑投加量以及過濾精度，從而達到降低出水懸浮物（SS）的目標。

表1 排放水質參數

傳統的提標改造工藝路線存在以下缺點：占地面積大，運行費用高；原有生化系統停水改造，停運周期長，環保壓力大；工藝管道復雜，安裝周期長；運行維護復雜，成本較大。

2 深床反硝化濾池工藝特點

2.1 深床過濾機理

深床反硝化濾池工藝的過濾機理包括隔濾、沉淀或相互碰撞、截留、黏附和絮凝，如圖1所示。

圖1 深床反硝化濾池工藝的過濾機理

2.2 反硝化機理

深床反硝化濾池工藝技術，是在缺氧環境中，在濾料表面掛膜生成大量反硝化生物菌群，污水中的硝酸鹽、亞硝酸鹽在反硝化生物菌群作用下，還原成氮氣（N2）釋放出來，從而實現污水的反硝化脫氮過程。由于反硝化過程中不斷產生氮氣，集聚的氮氣以氣泡形式從水中逸出，相當于對水流產生連續攪動，顯著增加生物菌群與水流的接觸，提高反硝化和過濾效率。同時，石英砂濾料可以截留大部分懸浮物，達到降低懸浮物的作用。反硝化生物細菌在缺氧的條件下，利用有機物（如甲醇）作為電子供體來還原硝基氮，因此需要添加適當數量碳源（如甲醇、乙酸）來保證反硝化生物細菌的正常生物活性。反硝化反應如式（1）所示。

深床反硝化濾池同時集成了深床濾池的缺氧池的反硝化和過濾原理，一池多用。添加適當的碳源和絮凝劑后，可以同步去除TN、TP、SS，出水水質穩定達到：TN降低到5 mg/L，SS降到1 mg/L，TP降至0.3 mg/L。其完全滿足城鎮污水處理廠出水提標要求[2]。

3 深床反硝化濾池試驗流程

3.1 工藝流程（見圖2）

圖2 深床反硝化濾池工藝流程

3.2 工藝設備選擇

主要組件包括池體構筑物、氣水分布系統、過濾介質和濾料承托層。

池體構筑物：鋼筋混凝土或鋼制結構，通常為長方形。

氣水分布系統：采用T型氣水分布塊濾磚技術，反沖洗不銹鋼主、支氣管，淘汰了長柄濾頭和濾板，無易損易耗件。

過濾介質：石英砂濾料，濾床高度約1.8 m，有效粒徑2～4 mm。

濾料承托層：總厚約500 mm，鵝卵石五種級配分布。

4 深床反硝化濾池試驗過程

4.1 生物掛膜階段

在深床反硝化濾池中，先加入厭氧池污泥及裝置廢水進行細菌馴化初步培養。初始馴化培養時，污泥及污水以低濾速在深床反硝化濾池內循環，然后開始小流量進水，促使深床反硝化濾池中濾料的掛膜。

4.2 投加碳源階段

當深床反硝化濾池內細菌濃度達到要求時，使用甲醇或乙酸作為外加碳源，并通過進出水數據統計分析，確定工程反硝化最優工藝條件。

4.3 投加絮凝劑階段

以上一階段為基礎，在深床反硝化濾池前端進水中，按照（10～15）×10-6mg/L的比例，投加PAC、硫酸鋁絮凝劑，并通過進出水中懸浮物數據統計分析，確定工程絮凝劑投加數量的最優工藝條件。

5 深床反硝化濾池試驗結果

5.1 試驗結果

試驗結果表明，深床反硝化濾池工藝技術，在投加碳源和（10～20）×10-6mg/L的PAC或者硫酸鋁絮凝劑前提下，系統出水TN、TP、SS、COD水質指標穩定達標，完全符合一級A出水水質要求，深床反硝化濾池工藝技術完全適用于城鎮污水處理廠的提標改造。

TN去除率達90%，去除量可以達到15 mg/L，出水TN可穩定控制在10 mg/L以內。反硝化生物菌群把NOx-N轉換成N2完成脫氮反應過程，作為后置反硝化濾池，在前端硝化反應較完全的情況下，可穩定做到出水TN小于5 mg/L，遠遠超過預期效果。

TP去除率達到70%，去除量達到0.70 mg/L左右，投加PAC等絮凝劑后，水中SS得到有效去除，而SS含有氮、磷及其他重金屬物質，這樣TP去除量也相應增加，出水總磷可穩定控制在0.3 mg/L以內，達到出水總磷提標要求。

SS去除率達到55%，出水SS能夠穩定控制在3 mg/L以內。配合適當的絮凝化學處理，完全達到出水SS小于5 mg/L（通常SS＜2 mg/L），達到出水懸浮物SS的提標要求。

COD去除率達25.9%，投加PAC等絮凝劑后，水中SS得到有效去除，而固體懸浮物含有氮、磷及其他重金屬物質，這樣COD的去除量也相應增加，出水COD能夠穩定控制在32 mg/L以內，完全達到出水COD小于50 mg/L的提標要求。

5.2 深床反硝化濾池工藝及其優勢

深床反硝化濾池工藝，是一種集生物脫氮和過濾功能于一體的處理單元，采用特有的濾磚布水布氣系統和均勻的石英砂濾料，允許固體雜質透過濾床表面，深入濾料，達到整個濾池縱深截流固體物的優異效果，利用化學加藥微絮凝過濾技術可有效除磷，共同作用使出水達到提標標準。

傳統提標改造工藝路線具有占地面積大、運行費用高、建設周期長、工藝管道復雜、運行維護復雜等缺陷。與之相比，深床反硝化濾池工藝具有投資少、建設周期短、運行費用低等優勢。

6 結論

通過三個月的試驗，深床反硝化濾池系統出水TN、TP、SS、COD水質指標穩定，完全符合一級A出水水質要求。采用乙酸作為碳源的運行費用為0.045元/m3，除磷藥劑采用PAC的運行費用為0.030元/m3（TN、TP去除量分別為5 mg/L、1 mg/L），藥劑綜合成本為0.075元/m3。相比其他工藝而言，深床反硝化濾池工藝在城鎮污水處理廠的應用可行性較高，可作為提標改造工程的首選工藝。

參考文獻

1 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.GB18918-2002 城鎮污水處理廠污染物排放標準[S].北京：中國標準出版社，2015.

2 江山市鹿溪污水處理廠.江山市鹿溪污水處理廠出水提標試驗報告[R].江山：江山市鹿溪污水處理廠，2014.