深床反硝化滤池工艺技术在污水处理厂的提标试验研究

毛华峰，江建国

（江山市环境保护监测站，浙江 江山 324100）

近年来，国家环境水质保护要求日益提高。十九大报告提出要实现人与自然和谐共生的现代化，同时推出美丽中国四大举措：创造优美生态环境，推进绿色发展、着力解决突出环境问题、加大生态系统保护力度。

随着国家水质要求的提升，城镇污水集中处理的出水标准从原有的一级B提高到一级A排放标准[1]。排放水质参数如表1所示。

1 传统的提标改造工艺方法

传统的提标改造工艺方法有：通过增加预处理工序和生化处理工序的强度，提高预处理和生化处理停留反应时间，从而达到降低出水化学需氧量（COD）的目标；在原有的好氧池前端增加缺氧区，利用缺氧反应提高总氮的去除效率，从而达到降低出水总氮（TN）的目标；提高生化处理工序的停留反应时间，增加生化处理效果，同时增加PAC（聚合氯化铝）等化学药剂同步化学除磷，从而达到降低出水总磷（TP）的目标；提高预处理工序的曝气除砂和格栅细度，后续增加PAC等絮凝剂投加量以及过滤精度，从而达到降低出水悬浮物（SS）的目标。

表1 排放水质参数

传统的提标改造工艺路线存在以下缺点：占地面积大，运行费用高；原有生化系统停水改造，停运周期长，环保压力大；工艺管道复杂，安装周期长；运行维护复杂，成本较大。

2 深床反硝化滤池工艺特点

2.1 深床过滤机理

深床反硝化滤池工艺的过滤机理包括隔滤、沉淀或相互碰撞、截留、黏附和絮凝，如图1所示。

图1 深床反硝化滤池工艺的过滤机理

2.2 反硝化机理

深床反硝化滤池工艺技术，是在缺氧环境中，在滤料表面挂膜生成大量反硝化生物菌群，污水中的硝酸盐、亚硝酸盐在反硝化生物菌群作用下，还原成氮气（N2）释放出来，从而实现污水的反硝化脱氮过程。由于反硝化过程中不断产生氮气，集聚的氮气以气泡形式从水中逸出，相当于对水流产生连续搅动，显著增加生物菌群与水流的接触，提高反硝化和过滤效率。同时，石英砂滤料可以截留大部分悬浮物，达到降低悬浮物的作用。反硝化生物细菌在缺氧的条件下，利用有机物（如甲醇）作为电子供体来还原硝基氮，因此需要添加适当数量碳源（如甲醇、乙酸）来保证反硝化生物细菌的正常生物活性。反硝化反应如式（1）所示。

深床反硝化滤池同时集成了深床滤池的缺氧池的反硝化和过滤原理，一池多用。添加适当的碳源和絮凝剂后，可以同步去除TN、TP、SS，出水水质稳定达到：TN降低到5 mg/L，SS降到1 mg/L，TP降至0.3 mg/L。其完全满足城镇污水处理厂出水提标要求[2]。

3 深床反硝化滤池试验流程

3.1 工艺流程（见图2）

图2 深床反硝化滤池工艺流程

3.2 工艺设备选择

主要组件包括池体构筑物、气水分布系统、过滤介质和滤料承托层。

池体构筑物：钢筋混凝土或钢制结构，通常为长方形。

气水分布系统：采用T型气水分布块滤砖技术，反冲洗不锈钢主、支气管，淘汰了长柄滤头和滤板，无易损易耗件。

过滤介质：石英砂滤料，滤床高度约1.8 m，有效粒径2～4 mm。

滤料承托层：总厚约500 mm，鹅卵石五种级配分布。

4 深床反硝化滤池试验过程

4.1 生物挂膜阶段

在深床反硝化滤池中，先加入厌氧池污泥及装置废水进行细菌驯化初步培养。初始驯化培养时，污泥及污水以低滤速在深床反硝化滤池内循环，然后开始小流量进水，促使深床反硝化滤池中滤料的挂膜。

4.2 投加碳源阶段

当深床反硝化滤池内细菌浓度达到要求时，使用甲醇或乙酸作为外加碳源，并通过进出水数据统计分析，确定工程反硝化最优工艺条件。

4.3 投加絮凝剂阶段

以上一阶段为基础，在深床反硝化滤池前端进水中，按照（10～15）×10-6mg/L的比例，投加PAC、硫酸铝絮凝剂，并通过进出水中悬浮物数据统计分析，确定工程絮凝剂投加数量的最优工艺条件。

5 深床反硝化滤池试验结果

5.1 试验结果

试验结果表明，深床反硝化滤池工艺技术，在投加碳源和（10～20）×10-6mg/L的PAC或者硫酸铝絮凝剂前提下，系统出水TN、TP、SS、COD水质指标稳定达标，完全符合一级A出水水质要求，深床反硝化滤池工艺技术完全适用于城镇污水处理厂的提标改造。

TN去除率达90%，去除量可以达到15 mg/L，出水TN可稳定控制在10 mg/L以内。反硝化生物菌群把NOx-N转换成N2完成脱氮反应过程，作为后置反硝化滤池，在前端硝化反应较完全的情况下，可稳定做到出水TN小于5 mg/L，远远超过预期效果。

TP去除率达到70%，去除量达到0.70 mg/L左右，投加PAC等絮凝剂后，水中SS得到有效去除，而SS含有氮、磷及其他重金属物质，这样TP去除量也相应增加，出水总磷可稳定控制在0.3 mg/L以内，达到出水总磷提标要求。

SS去除率达到55%，出水SS能够稳定控制在3 mg/L以内。配合适当的絮凝化学处理，完全达到出水SS小于5 mg/L（通常SS＜2 mg/L），达到出水悬浮物SS的提标要求。

COD去除率达25.9%，投加PAC等絮凝剂后，水中SS得到有效去除，而固体悬浮物含有氮、磷及其他重金属物质，这样COD的去除量也相应增加，出水COD能够稳定控制在32 mg/L以内，完全达到出水COD小于50 mg/L的提标要求。

5.2 深床反硝化滤池工艺及其优势

深床反硝化滤池工艺，是一种集生物脱氮和过滤功能于一体的处理单元，采用特有的滤砖布水布气系统和均匀的石英砂滤料，允许固体杂质透过滤床表面，深入滤料，达到整个滤池纵深截流固体物的优异效果，利用化学加药微絮凝过滤技术可有效除磷，共同作用使出水达到提标标准。

传统提标改造工艺路线具有占地面积大、运行费用高、建设周期长、工艺管道复杂、运行维护复杂等缺陷。与之相比，深床反硝化滤池工艺具有投资少、建设周期短、运行费用低等优势。

6 结论

通过三个月的试验，深床反硝化滤池系统出水TN、TP、SS、COD水质指标稳定，完全符合一级A出水水质要求。采用乙酸作为碳源的运行费用为0.045元/m3，除磷药剂采用PAC的运行费用为0.030元/m3（TN、TP去除量分别为5 mg/L、1 mg/L），药剂综合成本为0.075元/m3。相比其他工艺而言，深床反硝化滤池工艺在城镇污水处理厂的应用可行性较高，可作为提标改造工程的首选工艺。

参考文献

1 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB18918-2002 城镇污水处理厂污染物排放标准[S].北京：中国标准出版社，2015.

2 江山市鹿溪污水处理厂.江山市鹿溪污水处理厂出水提标试验报告[R].江山：江山市鹿溪污水处理厂，2014.