深床反硝化濾池工藝技術(shù)在污水處理廠的提標(biāo)試驗研究

毛華峰，江建國

（江山市環(huán)境保護監(jiān)測站，浙江 江山 324100）

近年來，國家環(huán)境水質(zhì)保護要求日益提高。十九大報告提出要實現(xiàn)人與自然和諧共生的現(xiàn)代化，同時推出美麗中國四大舉措：創(chuàng)造優(yōu)美生態(tài)環(huán)境，推進綠色發(fā)展、著力解決突出環(huán)境問題、加大生態(tài)系統(tǒng)保護力度。

隨著國家水質(zhì)要求的提升，城鎮(zhèn)污水集中處理的出水標(biāo)準(zhǔn)從原有的一級B提高到一級A排放標(biāo)準(zhǔn)[1]。排放水質(zhì)參數(shù)如表1所示。

1 傳統(tǒng)的提標(biāo)改造工藝方法

傳統(tǒng)的提標(biāo)改造工藝方法有：通過增加預(yù)處理工序和生化處理工序的強度，提高預(yù)處理和生化處理停留反應(yīng)時間，從而達到降低出水化學(xué)需氧量（COD）的目標(biāo)；在原有的好氧池前端增加缺氧區(qū)，利用缺氧反應(yīng)提高總氮的去除效率，從而達到降低出水總氮（TN）的目標(biāo)；提高生化處理工序的停留反應(yīng)時間，增加生化處理效果，同時增加PAC（聚合氯化鋁）等化學(xué)藥劑同步化學(xué)除磷，從而達到降低出水總磷（TP）的目標(biāo)；提高預(yù)處理工序的曝氣除砂和格柵細度，后續(xù)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(biāo)。

表1 排放水質(zhì)參數(shù)

傳統(tǒng)的提標(biāo)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(tǒng)停水改造，停運周期長，環(huán)保壓力大；工藝管道復(fù)雜，安裝周期長；運行維護復(fù)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(shù)，是在缺氧環(huán)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(xiàn)污水的反硝化脫氮過程。由于反硝化過程中不斷產(chǎn)生氮氣，集聚的氮氣以氣泡形式從水中逸出，相當(dāng)于對水流產(chǎn)生連續(xù)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(dāng)數(shù)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(yīng)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(dāng)?shù)奶荚春托跄齽┖?，可以同步去除TN、TP、SS，出水水質(zhì)穩(wěn)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(zhèn)污水處理廠出水提標(biāo)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(shè)備選擇

主要組件包括池體構(gòu)筑物、氣水分布系統(tǒng)、過濾介質(zhì)和濾料承托層。

池體構(gòu)筑物：鋼筋混凝土或鋼制結(jié)構(gòu)，通常為長方形。

氣水分布系統(tǒng)：采用T型氣水分布塊濾磚技術(shù)，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(zhì)：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?yún)捬醭匚勰嗉把b置廢水進行細菌馴化初步培養(yǎng)。初始馴化培養(yǎng)時，污泥及污水以低濾速在深床反硝化濾池內(nèi)循環(huán)，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(dāng)深床反硝化濾池內(nèi)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?dāng)?shù)據(jù)統(tǒng)計分析，確定工程反硝化最優(yōu)工藝條件。

4.3 投加絮凝劑階段

以上一階段為基礎(chǔ)，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(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，確定工程絮凝劑投加數(shù)量的最優(yōu)工藝條件。

5 深床反硝化濾池試驗結(jié)果

5.1 試驗結(jié)果

試驗結(jié)果表明，深床反硝化濾池工藝技術(shù)，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(tǒng)出水TN、TP、SS、COD水質(zhì)指標(biāo)穩(wěn)定達標(biāo)，完全符合一級A出水水質(zhì)要求，深床反硝化濾池工藝技術(shù)完全適用于城鎮(zhèn)污水處理廠的提標(biāo)改造。

TN去除率達90%，去除量可以達到15 mg/L，出水TN可穩(wěn)定控制在10 mg/L以內(nèi)。反硝化生物菌群把NOx-N轉(zhuǎn)換成N2完成脫氮反應(yīng)過程，作為后置反硝化濾池，在前端硝化反應(yīng)較完全的情況下，可穩(wěn)定做到出水TN小于5 mg/L，遠遠超過預(yù)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(zhì)，這樣TP去除量也相應(yīng)增加，出水總磷可穩(wěn)定控制在0.3 mg/L以內(nèi)，達到出水總磷提標(biāo)要求。

SS去除率達到55%，出水SS能夠穩(wěn)定控制在3 mg/L以內(nèi)。配合適當(dāng)?shù)男跄瘜W(xué)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(biāo)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(zhì)，這樣COD的去除量也相應(yīng)增加，出水COD能夠穩(wěn)定控制在32 mg/L以內(nèi)，完全達到出水COD小于50 mg/L的提標(biāo)要求。

5.2 深床反硝化濾池工藝及其優(yōu)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(tǒng)和均勻的石英砂濾料，允許固體雜質(zhì)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(yōu)異效果，利用化學(xué)加藥微絮凝過濾技術(shù)可有效除磷，共同作用使出水達到提標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。

傳統(tǒng)提標(biāo)改造工藝路線具有占地面積大、運行費用高、建設(shè)周期長、工藝管道復(fù)雜、運行維護復(fù)雜等缺陷。與之相比，深床反硝化濾池工藝具有投資少、建設(shè)周期短、運行費用低等優(yōu)勢。

6 結(jié)論

通過三個月的試驗，深床反硝化濾池系統(tǒng)出水TN、TP、SS、COD水質(zhì)指標(biāo)穩(wěn)定，完全符合一級A出水水質(zhì)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(zhèn)污水處理廠的應(yīng)用可行性較高，可作為提標(biāo)改造工程的首選工藝。

參考文獻

1 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB18918-2002 城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)試驗報告[R].江山：江山市鹿溪污水處理廠，2014.