朱國(guó)普

（合肥首創(chuàng)長(zhǎng)崗水務(wù)有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230000）

為了改善污水中總氮的排放，國(guó)家大力支持反硝化深床濾池工藝在污水處理廠的建設(shè)與升級(jí)，多地已經(jīng)執(zhí)行了《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》。為了滿足其中的A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，本文以某污水處理廠為例，對(duì)反硝化深床濾池的深度處理工藝選擇及設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹，并對(duì)反硝化深床濾池工藝在污水處理廠的應(yīng)用進(jìn)行了分析。

1 污水類型及排放規(guī)律

1.1 生活污水

生活污水主要是由衛(wèi)生間排放的廢水、廚房烹飪廢水以及日常洗滌廢水構(gòu)成，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，衛(wèi)生間排污廢水占人均生活污水量的1/4左右，但其中排放的COD、氮、磷要占每人每年污染物排放總量的58%、86%、80%，占比遠(yuǎn)超其他類型的生活污水排放，是生活污水中大量污染物的主要來(lái)源；廚房烹飪廢水雖然只占總量的16%，但是BOD的排放量很高，是生活污水中BOD排放的主要來(lái)源；日常洗滌排水占總排水量的一半以上，但是相較于其他的廢水來(lái)源、其中污染物的含量較少，對(duì)生活污水污染物的貢獻(xiàn)率分別是BOD為8.2%、COD為7.8%、氮為7.8%、磷為11.5%。

1.2 工業(yè)生產(chǎn)廢水

隨著科技的快速發(fā)展，工業(yè)也在飛速進(jìn)步，工業(yè)污水對(duì)環(huán)境的影響也在不斷加大。排放工業(yè)污水的企業(yè)眾多、排放的水質(zhì)復(fù)雜、監(jiān)管難度高，廢水中成分非常復(fù)雜，不僅含有銅、鋅、鎳、鎘、鉻等多種重金屬離子，還含有大量酸、堿、氰化物等有害物質(zhì)。對(duì)工業(yè)污水的排放不夠重視、對(duì)環(huán)境保護(hù)的投入不足等原因，導(dǎo)致大量的工業(yè)污水無(wú)序排放，而大多數(shù)污水處理廠的污水處理技術(shù)較為落后，很難徹底地處理這些工業(yè)污水中的污染物，對(duì)居民生活污水的排放造成了影響。

1.3 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢水

我國(guó)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國(guó)，而畜牧業(yè)養(yǎng)殖是我國(guó)農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖的重要組成部分，以養(yǎng)豬場(chǎng)為例，會(huì)產(chǎn)生大量的排污廢水，其中不僅含有大量的COD、氮、磷，還含有大量的病原菌，味道刺鼻。在種植業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中需要使用大量的農(nóng)藥和化肥，降雨后農(nóng)藥殘留和化肥中剩余的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)也會(huì)進(jìn)入污水管網(wǎng)。然而，在我國(guó)農(nóng)村地區(qū)，由于對(duì)污水排放重視不夠、缺乏資金、缺乏環(huán)保意識(shí)等原因，大量養(yǎng)殖污水直接進(jìn)入污水處理廠，給污水處理廠帶來(lái)了巨大的負(fù)擔(dān)[1]。

1.4 每日排放規(guī)律

污水排放在一天中主要集中在早中晚三個(gè)時(shí)間段，其他時(shí)間的排放量較低，在凌晨之后污水排放基本就停止了。在早晨，污水排放主要是來(lái)源于衛(wèi)生間排污、廚房烹飪和日常洗滌；中午排污主要是廚房烹飪和廚房的日常洗滌；晚上污水的排放也主要是廚房烹飪和日常洗滌洗浴。經(jīng)過(guò)對(duì)生活污水的調(diào)查，污水中的氮、磷等污染物質(zhì)也會(huì)同污水排放一樣出現(xiàn)早中晚三個(gè)高峰期。

1.5 季節(jié)排放規(guī)律

污水排放在夏季進(jìn)入高峰期，早中晚三個(gè)時(shí)段的高峰期時(shí)長(zhǎng)也有所增長(zhǎng)，但是平均污染物的含量會(huì)降低，但是COD、TN還有TP等污染物的濃度明顯偏高。在我國(guó)北方地區(qū)每年11月至次年3月的排放量不足全年的30%，而在7至10月的排放量超過(guò)了40%。相較于冬季，夏季日常洗滌衣物和洗浴的用水量更大，所以污水排放量也會(huì)增加。并且夏季降雨量更大，對(duì)污水排放造成了影響。

2 反硝化深床濾池系統(tǒng)介紹

反硝化深床濾池是在生物膜上固定其表面生長(zhǎng)的脫氮微生物，在無(wú)氧條件下以NO3--N為電子受體，將有機(jī)生底作為電子供體，NO3--N經(jīng)過(guò)NO3--N→NO2--N→NO→N2O→N2的過(guò)程，將污水中的硝化氮還原成氮?dú)忉尫?，從而?shí)現(xiàn)污水中的氮去除。

反硝化深床濾池的池體主要結(jié)構(gòu)由濾料層、承托層、布水布?xì)庀到y(tǒng)、出水系統(tǒng)和反沖洗排泥系統(tǒng)組成。濾料層是生物濾池的重要組成部分，是反硝化深床濾池工作的核心，作為生物膜的附著場(chǎng)所，其質(zhì)量直接影響生物膜的脫氮微生物數(shù)量，從而影響脫氮的效果。反硝化深床濾池多采用石英砂與陶粒等硬質(zhì)無(wú)機(jī)物，有效粒徑為2～3 mm之間，均勻系數(shù)為1.4，球形度I＞8.0，莫氏硬度要在6～7之間，濾料深度為1.83 m。脫氮微生物反硝化脫氮需要消耗有機(jī)物，是生物脫氮反應(yīng)的一個(gè)重要因素，平常有機(jī)物來(lái)源于廢水，但是廢水有機(jī)物不足的時(shí)候，脫氮微生物的脫氮作用衰弱，需要向硝化污水中加入碳源，常用的碳源物質(zhì)為乙酸鈉、乙酸、甲醇等，可以為脫氮微生物提供足夠生長(zhǎng)所需的能量，通過(guò)濾池篩選掉剩余的懸浮固體，并對(duì)在生物膜上生長(zhǎng)的脫氮微生物進(jìn)行反硝化脫氮，減少污水中的含氮量[2]。

在具體工作中可以靈活轉(zhuǎn)化反硝化深床濾池的脫氮和過(guò)濾功能，在沒有添加碳源時(shí)，濾池的主要作用就是過(guò)濾，濾池中的廢水含有少量的BOD仍可滿足反硝化脫氮微生物的活性，進(jìn)行反硝化脫氮工作，當(dāng)?shù)砍瑯?biāo)的時(shí)候，廢水中的BOD不能滿足反硝化的消耗，就需要添加碳源，使反硝化功能加強(qiáng)，在過(guò)濾的同時(shí)進(jìn)一步加強(qiáng)反硝化脫氮。

濾床中的石英砂可以保證懸浮固體的深度截留和微生物的生長(zhǎng)環(huán)境，隨著懸浮固體與氮?dú)庠跒V池中逐漸累積，需要周期性地沖洗干凈被截留的固體，清除截留的氣體，讓水流和氣流逆向通過(guò)水池，使空氣帶動(dòng)濾料互相摩擦，以去除雜物。利用這種方法清潔濾料需要依賴濾料的質(zhì)量，其形狀要接近圓形，球形度要達(dá)到0.8以上的石英砂。另一方面還要依靠高強(qiáng)度的配水配氣系統(tǒng)。所以反硝化深床濾池系統(tǒng)的主要功能是通過(guò)濾去水中的懸浮物、通過(guò)反硝化脫氧去除水中的總氮，并通過(guò)微絮凝直接過(guò)濾去除總磷。

3 反硝化深床濾池設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 濾池容積的計(jì)算

一般通過(guò)反硝化所需容積來(lái)計(jì)算反硝化深床濾池的容量，根據(jù)水質(zhì)等諸多情況的不同，反硝化容積的負(fù)荷一般取0.45～0.8 kg NO3-N/（m3·d）。假設(shè)工程的反硝化容積負(fù)荷取0.54 kg NO3-N/（m3·d），那么水量應(yīng)該為5000 m3/ d，則NO3-N去除總量為50 kg NO3-N/d，濾料的容積也就應(yīng)該為90.2 m3。所以這個(gè)工程的單格濾池應(yīng)該為L(zhǎng)×B=5.70 m×2.80 m，濾層的厚度取1.83 m，則濾池格數(shù)為：2.93格，取整為3格。

3.2 設(shè)計(jì)濾速與空床停留時(shí)間

在設(shè)計(jì)濾速的時(shí)候，主要是設(shè)計(jì)控制平均濾速、平均水量強(qiáng)制濾速、最大水量濾速、最大水量強(qiáng)制濾速。具體根據(jù)運(yùn)行的工況與進(jìn)水量的變化來(lái)進(jìn)行調(diào)整。一般情況下濾速小于等于10 m/ h，強(qiáng)制濾速要小于等于12 m/h。日均處理量和濾池總?cè)莘e的比值為平均濾速，設(shè)定為4.0 m/h。正常運(yùn)行時(shí)的濾速設(shè)定為 6.1 m/h；而本工程最大水量濾速為最大污水量時(shí)的濾速7.0 m/h?？紤]到正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的強(qiáng)制濾速，最大水量強(qiáng)制濾速為最大瞬時(shí)的水量10.5 m/h，一般來(lái)說(shuō)空床停留時(shí)間為12至30分鐘。

3.3 反沖洗系統(tǒng)

無(wú)論是深床濾池的過(guò)濾模式，還是反硝化深床濾池的反硝化模式，均需要反復(fù)地沖洗來(lái)滿足運(yùn)行，沖洗過(guò)程一般有三個(gè)階段，首先是3～5 min的氣洗，然后是15 min的水氣聯(lián)合清洗，最后是5 min漂洗，反復(fù)沖洗的水為總水量的2%。沖水強(qiáng)度取4.2 L/m2·s，反沖洗氣體取25.5 L/m2·s。所以吸水泵的流量為245 m3/h，風(fēng)量為26 m3/h。一般分別采購(gòu)吸水泵和風(fēng)機(jī)各兩臺(tái)，一個(gè)主要使用，另一個(gè)以備不時(shí)之需。為了保證水氣分布均勻，采用氣水分布濾磚，當(dāng)空氣與水充分混合之后，從磚的空隙噴出[3]。

3.4 碳源投加裝置

為補(bǔ)充反硝化反應(yīng)所需要的碳源，經(jīng)過(guò)進(jìn)水流量信號(hào)、進(jìn)水溶解氧濃度信號(hào)、進(jìn)水硝基氮濃度信號(hào)、出水硝基氮濃度信號(hào)等一系列判斷之后，由系統(tǒng)控制碳源的投加量，同時(shí)也可以通過(guò)人工進(jìn)行控制。

3.5 除磷試劑投加裝置

通過(guò)投加化學(xué)除磷劑、利用微絮凝技術(shù)去除磷時(shí)，是將投加點(diǎn)設(shè)置在深床濾池的進(jìn)水機(jī)械混合井內(nèi)，系統(tǒng)地檢測(cè)水量并進(jìn)行投加量控制，同時(shí)也為了減少反硝化反應(yīng)在深床濾池中反復(fù)沖洗的頻率，生化池將設(shè)置除磷藥劑的投加點(diǎn)。自控系統(tǒng)通過(guò)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)連接反硝化深床濾池中的各種檢查設(shè)備和操控設(shè)備，并根據(jù)各種檢測(cè)設(shè)備返回的數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行計(jì)算來(lái)控制碳源和除磷試劑的投加，控制反沖洗周期與頻率，調(diào)節(jié)反沖洗鼓風(fēng)機(jī)，還可以控制氣動(dòng)閥門與電動(dòng)閥門等，保證整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

4 混凝池+反硝化深床濾池的工藝描述

一般反硝化深床濾池的濾料會(huì)采用形狀接近圓形，球形度要達(dá)到0.8以上的石英砂，濾床的深度要達(dá)到1.83，且要有足夠的水深來(lái)保護(hù)濾床，防止出現(xiàn)被水質(zhì)擊穿的情況，在面對(duì)前端處理出現(xiàn)問題時(shí)導(dǎo)致水質(zhì)中的污泥過(guò)多，或有異常情況出現(xiàn)時(shí)也不會(huì)造成水力穿透，能夠應(yīng)對(duì)峰值流量或者污泥膨脹等情況。水中的固體物會(huì)提升負(fù)荷，而優(yōu)質(zhì)的石英砂濾床會(huì)使固體雜質(zhì)穿過(guò)濾床的表層，進(jìn)入到濾料之中，并將固體物攔截在濾料里。還需要周期性地沖洗干凈被截留的固體，清除截留的氣體，使水流和氣流逆向通過(guò)水池，使空氣帶動(dòng)濾料互相摩擦，從而去除雜物。在采用排泥反沖洗模式時(shí)，用水量不會(huì)超過(guò)處理廠水量的2%。在降低有機(jī)氮含量的時(shí)候，適當(dāng)使用優(yōu)質(zhì)碳源，刺激在石英砂表面的反硝化細(xì)菌轉(zhuǎn)化成氮?dú)猓瓿擅摰磻?yīng)。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)久的實(shí)驗(yàn)與歷史研究表明，經(jīng)過(guò)反硝化菌的反應(yīng)后，可以穩(wěn)定地達(dá)到有機(jī)氮含量不超過(guò)10 mg/L，而且由于在反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生了大量的氮?dú)猓畲矠V池中的氮?dú)鈺?huì)反復(fù)穿梭于氣體與污水之間，增加了水流中有機(jī)氮與微生物接觸的面積，同時(shí)也提高了過(guò)濾效率。但是當(dāng)?shù)獨(dú)夥e累過(guò)多的時(shí)候，會(huì)形成氮?dú)鈿馀荩斐梢欢ǖ膿p耗，所以這個(gè)時(shí)候就要適當(dāng)?shù)嘏懦獨(dú)?，恢?fù)運(yùn)行效率[4]。在去除水中懸浮物的同時(shí)，也同時(shí)去除了水中的BOD5，以及懸浮物中夾帶的氮、磷、重金屬等物質(zhì)。所以通過(guò)適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)處理可以去除懸浮物并有效地將水中的磷含量降到0.5 mg/ L以下，所以反硝化濾池可以輕松地滿足去除固體懸浮物的要求。在去除有機(jī)磷時(shí)，只需要在深床濾池前加絮凝反應(yīng)池就可以有效地去除水中的有機(jī)磷，達(dá)到A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。微絮凝技術(shù)可以直接省去沉淀過(guò)程，將混凝與過(guò)濾相結(jié)合，在濾池中同步處理磷含量的一種工藝技術(shù)，這種技術(shù)一般是在二沉池投加混凝劑，混合后直接進(jìn)入濾池，在這個(gè)過(guò)程中還能去除大量的重金屬，不僅可以簡(jiǎn)化流程，還可降低運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，提高產(chǎn)出量及水質(zhì)。

5 反硝化深床濾池脫氮的影響因素

5.1 碳源的投加量

反硝化菌多為異養(yǎng)或者兼性的厭氧細(xì)菌，一般來(lái)說(shuō)B0D5/ TN速率約在3～5 h，不需要額外投加碳源，而以好氧的反硝化菌為優(yōu)勢(shì)菌種的系統(tǒng)C/N更高。所以通過(guò)污水處理廠二級(jí)處理后的水質(zhì)碳源含量更低，并且硝酸鹽氮與亞硝酸鹽氮去除效率低，造成后續(xù)的碳源不足，需要額外投加碳源。

經(jīng)過(guò)不停地應(yīng)用實(shí)踐后，在反硝化深床濾池中投加乙酸鈉、甲醇以及葡萄糖等物質(zhì)可以有效增加水中的C/N，促進(jìn)反硝化菌的功能，保證脫氮工作的完成。通過(guò)在污水處理廠反硝化濾池里投加碳源量來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在調(diào)試初期，投加量高的時(shí)候，有機(jī)氮總量的去除率達(dá)到了40%～60%，經(jīng)過(guò)多次測(cè)試，乙酸鈉的最佳投加濃度是0.1 g/L。而采用投加甲醇的方式，投加量為20 kg/L～50 kg/L，能使出水的有機(jī)氮總量控制在5 mL/L以下[5]，可通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)對(duì)碳源投加量進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)多級(jí)AO和高效沉淀池和反硝化深床濾池工藝中進(jìn)水TN波動(dòng)很大時(shí)，應(yīng)該在缺氧池里投加葡萄糖，在濾池中投加乙酸鈉，以避免COD和BOD5可能過(guò)高的現(xiàn)象，并且相較于其他的投加方案，碳源消耗量較低。將甲醇和乙酸鈉兩種碳源的投加效率進(jìn)行比對(duì)結(jié)果表明，乙酸鈉對(duì)濾池中與反硝化有關(guān)的反應(yīng)占58.38%，比投加甲醇的濾池要高出36.68%，雖然乙酸鈉生物產(chǎn)量高、運(yùn)行周期短，但是甲醇更加穩(wěn)定、成本更加低廉。

5.2 氧氣的含量

在反硝化反應(yīng)過(guò)程中，是通過(guò)用硝酸鹽的氨代替氧分子作為電子受體的方式，在一個(gè)無(wú)氧的環(huán)境中進(jìn)行呼吸并分解其中的含氮有機(jī)質(zhì)。反硝化深床濾池中濾料層所附著的反硝化菌通過(guò)在水下進(jìn)行反應(yīng)將水中的硝酸鹽氨還原成氮?dú)?。而反硝化深床濾池環(huán)境中的氧氣含量過(guò)高的時(shí)候，反硝化菌就會(huì)以氧氣中的氧為電子受體，優(yōu)先與氧結(jié)合反應(yīng)，大大降低了對(duì)水中硝酸鹽氨的消耗，影響了整個(gè)濾池的脫氧效率。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)反硝化深床濾池中水的溶解氧氣小于0.5 mg/L的時(shí)候，反硝化菌才能夠以硝酸鹽氨為主要反應(yīng)物質(zhì)，完成脫氨的目的。當(dāng)反硝化深床濾池中水中氧的溶解量大于5 mg/L時(shí)，對(duì)有機(jī)氮含量的去除率將小于20%。當(dāng)反硝化深床濾池中水中氧的溶解量小于1 mg/L時(shí)，對(duì)有機(jī)氮的去除率在60%～80%之間。所以如果水中氧的溶解含量過(guò)高會(huì)嚴(yán)重影響反硝化菌的反應(yīng)，導(dǎo)致對(duì)碳源的消耗增大，所以要嚴(yán)格控制水中的氧溶解量，對(duì)進(jìn)水嚴(yán)格把控。

5.3 環(huán)境溫度

反硝化菌合適的反應(yīng)溫度在30 ℃左右，當(dāng)溫度低于5 ℃的時(shí)候，反硝化菌的反硝化反應(yīng)基本停止，所以當(dāng)冬季低溫來(lái)臨時(shí)，反硝化菌的脫氧效率會(huì)受到很大影響，比如杭州冬天最低溫度在10 ℃左右，反硝化菌的作用效率就會(huì)大大降低，而夏季氣溫較高，在進(jìn)行反硝化時(shí)能夠使有機(jī)氮含量達(dá)標(biāo)。所以應(yīng)該在冬季時(shí)加投碳源，促進(jìn)反硝化菌進(jìn)行反硝化反應(yīng)，保證在冬季的氮含量達(dá)標(biāo)。

6 結(jié)論

反硝化深床濾池工藝在污水處理廠可以有效地進(jìn)行污水處理，并且反硝化深床濾池工藝具有多功能性、成本低，工藝靈活、運(yùn)行成本少等諸多優(yōu)點(diǎn)，可以有效縮短工藝流程，減少污水處理廠面積，為促進(jìn)生態(tài)環(huán)境的治理做出貢獻(xiàn)。