呂瑞濱，汪喜生，沈怡雯，趙林輝

(1.上海城投污水處理有限公司石洞口污水處理廠，上海 200942；2.上海市政工程設(shè)計研究總院〈集團〉有限公司，上海 200092)

市政生活污水經(jīng)污水處理廠處理后排入河、江流域，為改善重點流域水環(huán)境質(zhì)量，各地污水處理廠通過提標改造工程實現(xiàn)污染減排，多地區(qū)已執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)中的一級A標準，甚至提高至類Ⅳ類、Ⅲ類水質(zhì)標準[1]。其中，出水總氮(TN)是提標改造的關(guān)鍵之一。

污水處理廠多采用活性污泥法進行生物脫氮處理，二級出水TN在11.6～18.5 mg/L[2]，有些污水處理廠波動范圍更大。由于生化系統(tǒng)缺氧池停留時間有限、回流、碳源等問題，前置反硝化能力較差，需要在后端建立深度脫氮工藝進一步脫氮[3]。通過研究對比生物濾池、深床濾池、活性砂濾池3種工藝，都有較好的去除效果，其中反硝化深床濾池通過外加碳源，出水硝酸鹽氮可達到1 mg/L以下[2]。且反硝化深床濾池集生物脫氮及過濾功能，能同時滿足對TN和懸浮物的去除。

1 反硝化深床濾池系統(tǒng)

反硝化深床濾池系統(tǒng)在介質(zhì)固定表面生長的脫氮微生物，在兼性-無氧條件下將污水中的硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化成氮氣。為提高脫氮作用，一般可以在硝化污水中加入碳源，以便為新陳代謝和細胞生長提供脫氮所需要的能量，投加有機碳源后，濾池將截留其中的懸浮固體，同時在濾料上生長的反硝化菌進行反硝化脫氮去除污水中氮含量。

相對粗顆粒且圓整的介質(zhì)通過提供足夠的孔隙，確保懸浮固體的深度截留和生物群落的生長。懸浮固體和氮氣的累積在濾池中逐步累積水頭損失，需要周期性的反沖洗去除截留的固體，用驅(qū)氮去除截留的氣體。反沖洗結(jié)合逆向的水流與氣流通過濾池，大量強有力的空氣使濾料相互搓擦，沖洗用水僅為總量的2%?！按晔帧蹦Ｊ降某晒σ环矫嬉蕾囉谔厥獾臑V料，接近于圓形、球形度0.8的天然石英砂；另一方面依賴于安全可靠、反沖洗強度很大的配水配氣系統(tǒng)，即專用于污水處理的濾磚。

反硝化深床濾池的功能包括：①去除進水中懸浮物SS；②反硝化脫氮，即去除TN；③采用微絮凝直接過濾去除TP。

圖1 反硝化深床濾池工作原理Fig.1 Working Principles of Denitrification Deep Bed Filter

2 反硝化深床濾池脫氮影響因素

2.1 碳源投加

反硝化菌多數(shù)屬于異養(yǎng)、兼性厭氧細菌，一般認為BOD5/TN約在3～5時，不需要投加碳源，而以好氧反硝化菌為優(yōu)勢菌種的系統(tǒng)C/N更高。污水處理廠尤其經(jīng)過二級處理的水質(zhì)碳源含量低，而硝酸鹽氮與亞硝酸鹽氮去除效率低，使得后續(xù)深度處理碳源不足。在反硝化深床濾池應(yīng)用實踐中有投加乙酸鈉、甲醇、葡萄糖等，根據(jù)進水水質(zhì)中C/N含量進行適量投加，能促進反硝化菌的培養(yǎng)，強化反硝化脫氮功能。東港污水處理廠反硝化濾池調(diào)試時對乙酸鈉投加量進行試驗，調(diào)試初期投加量較高時，TN去除率達40%～60%，經(jīng)過調(diào)控，0.1 g/L的乙酸鈉投加濃度為最佳運行投加量[4]。合肥市某污水處理廠采用AAO，通過調(diào)控投加甲醇20～50 mg/L，能使出水TN控制5 mg/L以下[5]。碳源投加種類及投加量需要結(jié)合廠內(nèi)處理水質(zhì)及工藝進行調(diào)整。多級AO+高效沉淀池+反硝化深床濾池工藝中進水TN波動很大時，改在缺氧池投加葡萄糖和濾池前投加乙酸鈉，以此來避免出水COD和BOD5可能過高的現(xiàn)象，并且碳源成本較低[1]。某污水處理廠以甲醇、乙酸鈉為碳源研究對反硝化生物濾池的影響，結(jié)果表明：乙酸鈉微生物產(chǎn)量高、運行周期短，濾池中與反硝化有關(guān)均屬占58.38%，高于投加甲醇濾池的36.68%，但甲醇運行穩(wěn)定、成本較低[6]。

2.2 氧氣含量

反硝化反應(yīng)過程中以硝酸鹽代替分子氧作為電子受體，進行無氧呼吸分解有機質(zhì)。反硝化深床濾池的濾料層附著的脫氮微生物在缺氧環(huán)境下將水中的硝酸鹽氮還原成氮氣。當反硝化深床濾池構(gòu)筑物環(huán)境中氧氣含量高時，反硝化菌會以氧為電子受體，優(yōu)先消耗氧氣，或降低對硝酸鹽氮的消耗，影響脫氮效率。研究表明，系統(tǒng)中溶解氧保持在0.5 mg/L時，反硝化才能正常進行[7]。出水溶解氧大于5 mg/L時，TN去除率小于20%，而出水溶解氧小于1 mg/L時，TN去除率達到60%～80%[4]。溶解氧過高會增加外加碳源的投加量，不利于反硝化作用[8]。因此，在反硝化深床濾池運行管理中需要控制溶解氧含量，而在水頭跌落中充氧，有工程采用恒水位過濾或弧形堰進水等技術(shù)進行改進。

2.3 環(huán)境溫度

反硝化菌適宜環(huán)境溫度一般為30 ℃，低于5 ℃時反硝化反應(yīng)幾乎停止。因此，在低溫(如冬季)運行時，反硝化脫氮效率會受到影響，如上海冬季溫度基本上在10 ℃左右，反硝化作用效率較低，深床濾池反硝化生物膜馴化周期延長。夏季運行TN能達標時，反硝化深床濾池不投加碳源，作為普通濾池使用，過濾水中懸浮顆粒。冬季運行時，投加合適碳源，深床濾料上的生物膜消耗碳源，生長迅速，逐漸富集反硝化菌群，對二級出水進行反硝化脫氮，保障TN達標。潁南污水處理廠冬季運行時計算得出：去除1 mg TN 需乙酸鈉9.3 mg，需BOD54.82 mg，高于理論值[2.86 g BOD/(g硝態(tài)氮)][9-10]。

3 反硝化深床濾池運行管理

一些污水處理廠的碳源種類和投加量，根據(jù)工藝、水質(zhì)的不同，投加量會有區(qū)別。并且反硝化濾池馴化時間一般在一個月內(nèi)，馴化培養(yǎng)階段，需要投加足夠的碳源，而運行穩(wěn)定后，可控制為正常投加量[12]。

表1 污水處理廠碳源投加量分析Tab.1 Analysis of Carbon Source Dosage in WWTP

(2)進水SS控制。反硝化深床濾池的過濾作用可以降低部分SS，但是前端來水中SS含量高時，易造成短時間內(nèi)液位升高，導致在自動化程序下反沖洗的次數(shù)增加，增加能耗，反沖洗導致的很多碳源也相應(yīng)流失。因此，應(yīng)充分控制前端出水懸浮物含量。

(3)液位控制。反沖洗程序啟動主要參數(shù)是濾池水位，通過液位控制調(diào)整反沖洗頻次，去除截留的固體。提高濾池液位，可以減少進水跌落，降低深層區(qū)氧氣量，提升反硝化脫氮效果。

(4)濾池功能切換。污水處理廠生物反應(yīng)池能發(fā)揮一定功能的反硝化脫氮作用，改造后增加反硝化深床濾池補充脫氮功能，同時發(fā)揮前置反硝化與后置反硝化作用，保障水質(zhì)出水要求。前置反硝化一般來說碳源充足，補充投加碳源量較少，夏季時甚至能達到一級A排放標準。此時，反硝化深床濾池可切換至濾池功能，減少碳源投加，節(jié)約運行成本。蘆村污水廠反硝化濾池同時具備過濾及脫氮功能，作為脫氮保障設(shè)施，效果明顯，TN平均去除率達82.3%，出水為2.33 mg/L[15]。

4 結(jié)論

反硝化深床濾池在污水處理廠實際運行過程中，可根據(jù)前期水質(zhì)情況、環(huán)境溫度、氧氣含量進行調(diào)整，綜合應(yīng)用案例，根據(jù)反硝化菌富集情況選擇投加碳源種類，并可投加菌種進行馴養(yǎng)以較快達到處理效果。碳源投加地點可在反硝化深床濾池，也可同時在二級處理單元缺氧池，投加量在20～100 mg/L，出水能達到一級A排放標準，甚至5 mg/L以下。通過控制進水SS含量和液位加強反沖洗頻次管理，且降低深層區(qū)氧氣量能提高反硝化脫氮效果。在前端出水較差時，反硝化深床濾池由濾池切換為反硝化+濾池功能，加強脫氮及懸浮顆粒去除，為污水處理廠水質(zhì)處理運行提供保障。