張亮平

(上海市機(jī)械設(shè)備成套(集團(tuán))有限公司，上海 200120)

近年來，國家對環(huán)境污染的治理和節(jié)能減排逐漸重視，市政污水處理廠的排放標(biāo)準(zhǔn)由一級B提升到一級A的排放標(biāo)準(zhǔn)，因而許多深度處理的工藝應(yīng)運(yùn)而生，常見的處理工藝有MBR、轉(zhuǎn)盤過濾器、濾布濾池、連續(xù)流砂過濾、深床(反硝化)濾池等，上述每種工藝都有顯著的工藝特點(diǎn)和適用場合。MBR處理工藝效果好，出水穩(wěn)定，但是投資成本和運(yùn)行成本偏高;轉(zhuǎn)盤過濾器和濾布濾池運(yùn)行成本低，維護(hù)簡單，但是出水水質(zhì)容易受進(jìn)水水質(zhì)水量波動的影響;連續(xù)流砂過濾器出水穩(wěn)定，運(yùn)行簡單，但是也會出現(xiàn)濾料流失或者濾料結(jié)塊的現(xiàn)象，深床(反硝化)濾池基本上避免了濾料流失的問題，但是也可能會出現(xiàn)池底濾磚沖洗不徹底，濾磚堵塞的現(xiàn)象。因此在深度處理設(shè)計(jì)時，需結(jié)合現(xiàn)場的實(shí)際情況合理選擇工藝，同時避免工藝中可能出現(xiàn)的隱患。

1 深床(反硝化)濾池系統(tǒng)介紹

本文主要就目前逐漸廣泛應(yīng)用的深床(反硝化)濾池工藝進(jìn)行探討。

1．1 深床(反硝化)濾池系統(tǒng)組成

深床反硝化濾池結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。

圖1 深床反硝化濾池結(jié)構(gòu)原理圖Fig．1 Schematic Diagram of Deep Bed Denitrification Filter

濾料:硬硅質(zhì)砂，圓形尺寸范圍為 1．7～3．3 mm。礫層:圓形硬硅，質(zhì)砂尺寸范圍為 3～19 mm。濾磚:雙重平行側(cè)向?yàn)V磚，提供超強(qiáng)的反沖洗氣水分配性能。進(jìn)氣管:當(dāng)需要進(jìn)氣管配置時，不銹鋼的進(jìn)氣管能夠提供均勻的反沖洗氣分配。堰板:使濾池與反沖洗水槽分開，為進(jìn)水和反沖洗出水的均勻分配提供條件?？刂葡到y(tǒng):控制器專為控制濾池的各種設(shè)備而開發(fā)。閥門:自動和手動閥門控制水和空氣的進(jìn)出。碳源存儲和供給系統(tǒng):通常為甲醇，根據(jù)進(jìn)入濾池的硝酸氮量來控制碳源投加量。反沖洗泵:為濾池濾料的反沖洗和氮?dú)忉尫畔到y(tǒng)反沖洗水。鼓風(fēng)機(jī):提供反沖洗的空氣。其他設(shè)備，比如現(xiàn)場儀表(電磁流量計(jì)、硝酸鹽分析儀、溶解氧分析儀、超聲波液位計(jì)等)、管道、閥門、驅(qū)氮系統(tǒng)、空壓機(jī)系統(tǒng)。

1．2 工藝機(jī)理

深床(反硝化)濾池為重力流濾池，可同步實(shí)現(xiàn)三種功能:懸浮物(SS)的過濾去除能力;總磷(TP)的化學(xué)除磷能力;總氮(TN)的生物反硝化脫氮能力。

1．2．1 過濾機(jī)理

深床濾池采用粗石英砂濾料，在濾池運(yùn)行過程中存在截留、吸附和脫附3個過程。

(1)截留機(jī)理

兩種基本類型:機(jī)械過濾、在濾料上沉積。

機(jī)械過濾——截留所有大于濾料或由已沉積的顆粒物集團(tuán)形成的濾料篩孔尺寸的顆粒物。濾料的篩孔越小，此現(xiàn)象越明顯。其在由較粗濾料構(gòu)成的濾床中作用較小，但在通過細(xì)篩孔介質(zhì)的過濾中的作用較為重要。

在濾料上沉積——懸浮顆粒物隨著液體流動，可能穿過濾料而不被截留，這與其粒徑和孔徑的相對大小有關(guān)。

(2)吸附機(jī)理

顆粒物在濾料表面的吸附作用在低濾速時得到加強(qiáng)，原因是物理作用力(擠壓、內(nèi)聚力)及范德華力的吸附。

(3)脫附機(jī)理

作為上述機(jī)理的結(jié)果，被已沉積的顆粒物包裹著的濾料表面之間的間隙變小。流速升高，濾層阻力升高。被截留的沉積物可能脫附并被帶到濾料的深層。在濾層失效之前，需要對濾池進(jìn)行有效的反沖洗，恢復(fù)濾層的過濾性能。

深床濾池配有卓越的反沖洗配水配氣系統(tǒng)，特有的二次配水配氣系統(tǒng)，緊密分布的孔口，無反沖洗死角，大大提高反沖洗效率，提高濾池運(yùn)行周期，降低濾池反沖洗運(yùn)行費(fèi)用。

1．2．2 反硝化脫氮機(jī)理

深床濾池濾料層在缺氧環(huán)境下運(yùn)行，濾料表面附著大量的反硝化生物菌群，二級生化處理出水借助重力流通過濾料層，污水中的硝酸鹽)或亞硝酸鹽)被吸附于濾料載體生物膜的吸附，還原成N2從污水中釋放出來，從而實(shí)現(xiàn)污水的反硝化脫氮，顆粒濾料同時具有截留懸浮物的作用。

反硝化菌是一類化能異養(yǎng)兼性缺氧型微生物，其反應(yīng)在缺氧的條件下進(jìn)行。反應(yīng)過程中反硝化菌還原硝基氮需利用有機(jī)物(如甲醇)作為電子供體，污水廠的三級處理反硝化濾池，濾池進(jìn)水的碳源(BOD)已經(jīng)比較低，為保障反硝化生物菌群的正常生物活性，需要適當(dāng)?shù)奶荚?如甲醇)。濾池作為污水廠污水深度處理的保障性工藝，如果碳源投加過量，則引起污水廠出水BOD超標(biāo)，反硝化濾池特有“進(jìn)水流量信號+進(jìn)水溶解氧濃度信號+進(jìn)水硝基氮濃度信號+出水硝基氮濃度信號”的碳源投加機(jī)制，能精確地控制碳源投加量，做到經(jīng)濟(jì)節(jié)能穩(wěn)定運(yùn)行。

1．2．3 碳源投加控制系統(tǒng)

碳源的精確投加直接影響運(yùn)行費(fèi)用和反硝化濾池脫氮效果。碳源的投加量除了與進(jìn)、出水硝基氮濃度有關(guān)，還與反硝化濾池進(jìn)水DO有關(guān)。較高跌水引起進(jìn)水DO升高。反硝化反應(yīng)的生化環(huán)境為缺氧，DO含量會影響反硝化效果、甲醇消耗。碳源投加采用前后反饋復(fù)合環(huán)路投加控制，控制系統(tǒng)收集“進(jìn)水流量信號+進(jìn)水溶解氧濃度信號+進(jìn)水硝基氮濃度信號+出水硝基氮濃度信號”，通過換算，精確控制碳源投加，保障濾池反硝化效果的同時避免因碳源投加過量引起出水BOD升高的風(fēng)險。

N2或DO累積在濾料層中，造成濾池水頭損失增加，通過單獨(dú)水反沖釋放氣體。關(guān)閉進(jìn)水閥、關(guān)閉出水閥，啟動反沖洗水泵，打開反沖洗水閥門，反沖洗2～5 min，脫除累積的N2，恢復(fù)濾池運(yùn)行，N2釋放周期通過進(jìn)水質(zhì)、水量自動換算氮?dú)忉尫胖芷诤鸵何悔厔萋?lián)合控制。

1．2．4 化學(xué)除磷的原理

化學(xué)除磷是通過“微絮凝過濾”來完成。通過向污水中投加無機(jī)金屬鹽藥劑與污水中溶解性的鹽類，與磷酸鹽混合后，形成顆粒狀、非溶解性的物質(zhì)，再通過過濾，以懸浮物的形式將磷去除。

1．3 工藝特點(diǎn)

(1)工藝流程短，能耗低，適用可靠，運(yùn)行管理方便，相對于其他工藝，總體投資較低。

(2)濾池設(shè)計(jì)合理，采用降流式重力濾池，去除懸浮物效果好，無需后續(xù)設(shè)置終沉池或過濾池。

(3)深床(反硝化)濾池適用靈活，一池多用，可針對水質(zhì)情況靈活轉(zhuǎn)換成深床過濾池去除SS或投加適量碳源轉(zhuǎn)換成反硝化濾池，也可以結(jié)合加藥除磷，滿足對總氮和總磷排放更為嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。

1．4 工程實(shí)例

無錫市某市政污水廠，深床反硝化濾池主要針對SS的去除，保證出水SS＜10 mg/L，同時在冬季低溫反硝化效果不好時，在濾池進(jìn)水區(qū)投加適量碳源，對出水TN進(jìn)一步把關(guān)。反硝化系統(tǒng)既是固定生物膜反應(yīng)器又是深床濾池。實(shí)際運(yùn)行時，在氣溫適宜的條件下投加碳源，培養(yǎng)反硝化細(xì)菌掛膜，培養(yǎng)好后不再外加碳源，此時主要功能是過濾，當(dāng)TN超標(biāo)時只需補(bǔ)加碳源，由于濾池中有相當(dāng)數(shù)量的反硝化細(xì)菌，反硝化功能很快恢復(fù)，在去除SS的同時進(jìn)一步反硝化脫氮，運(yùn)行工況可靈活轉(zhuǎn)換。

目前，該污水處理廠的運(yùn)行結(jié)果顯示在外加碳源的情況下，COD、TN和濁度的平均去除率分別可達(dá)到30%、70%和75%，出水各項(xiàng)指標(biāo)均滿足一級A標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)行效果穩(wěn)定。尤其是TN去除效果明顯，在控制外加碳源投加量的情況下，可穩(wěn)定低于5 mg/L。

1．5 深床濾池設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

(1)建議將深床濾池進(jìn)水堰形狀改為圓弧形，或者提高濾池液位，減少進(jìn)水跌落。當(dāng)濾池使用反硝化功能時，濾池進(jìn)水堰形狀設(shè)計(jì)為圓弧形，促使水流沿濾池兩側(cè)層流，以最小化水流落差來降低充氧影響，減少碳源消耗，節(jié)約運(yùn)行成本。

(2)為節(jié)約運(yùn)行成本，尤其當(dāng)系統(tǒng)使用到反硝化功能時，建議深床濾池設(shè)置自動加藥控制系統(tǒng)，將前饋控制與反饋控制相結(jié)合，在深床濾池前后分別安裝硝酸鹽氮在線監(jiān)測儀器，做到碳源投加量的精確控制。

(3)在選用濾磚時，注意考慮濾磚的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)，防止長時間運(yùn)行后濾磚表面出現(xiàn)較厚的微生物膜或者濾孔堵塞。

2 結(jié)語

深床(反硝化)濾池作為目前新型的深度處理工藝，同時具有去除SS、脫氮和脫磷的復(fù)合型功能，運(yùn)行成本低，性能穩(wěn)定，只要結(jié)合現(xiàn)場的水質(zhì)水量合理設(shè)計(jì)，該工藝必將是合理工藝的首選。