嚴(yán)欣茹，房 俊，馬天添

（合肥通用環(huán)境控制技術(shù)有限責(zé)任公司，安徽合肥 230038）

1 前置反硝化深床濾池工藝流程（圖1）

NSF 前置反硝化濾池是由好氧生物濾池發(fā)展來(lái)的缺氧反硝化濾池，將NSF 置于曝氣生物濾池SAF 或BAF 工藝之前，就是典型的膜法A/O 除磷脫氮工藝。可節(jié)省后置反硝化脫氮外加碳源的運(yùn)行費(fèi)用。

圖1 前置反硝化深床濾池工藝流程

2 前置反硝化工藝原理

NSF 前置反硝化濾池是缺氧型生物濾池，生物填料上生長(zhǎng)著高濃度、生生不息的反硝化菌細(xì)菌，如變形桿菌屬（Proteus）、芽孢桿菌屬（Bacillus）、微球菌屬（Micrococcus）、產(chǎn)堿桿菌屬（Alcaligenes）、黃 桿 菌 屬（Fla vobacter）、假 單 胞 菌 屬（Pseudomonas），等等。反硝化反應(yīng)是一群異養(yǎng)兼性微生物完成的生物化學(xué)過(guò)程，在NSF 反應(yīng)器中選擇性地培養(yǎng)和馴化兼性厭氧異養(yǎng)型反硝化過(guò)程菌群。通過(guò)對(duì)好氧生物濾池硝化液的回流，反硝化細(xì)菌群利用原水中的碳源獲得能量，利用硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮離子中的氧進(jìn)行呼吸，將硝酸鹽氮還原成N2釋放到大氣中，達(dá)到污水脫氮的目的。

生物反硝化過(guò)程可用2NO2-+6H（電子供體有機(jī)物）→N2+2H2O+2OH-和2NO3-+1OH（電子供體有機(jī)物）→N2+4H2O+2OH-表示。根據(jù)上述兩個(gè)反應(yīng)式計(jì)算，得出1 g 亞硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)鈺r(shí)，有機(jī)物（以BOD5 表示）需要1.71 g，1 g 硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)鈺r(shí)，有機(jī)物（以BOD5 表示）需要2.86 g，并由此產(chǎn)生堿度（以CaCO3計(jì)）3.57 g。

NSF 前置反硝化脫氮濾池最大優(yōu)勢(shì)是合理利用原水中的有機(jī)物作為碳源，省去了外加碳源，降低了運(yùn)行成本，省去了復(fù)雜的碳源投加控制和儲(chǔ)藥系統(tǒng)，同時(shí)避免了尾水不會(huì)因外加碳源不當(dāng)而產(chǎn)生CODcr 超標(biāo)現(xiàn)象。污水處理廠生活污水由較高的碳氮比，完全符合采用前置生物反硝化脫氮的工藝要求。NSF 前置反硝化脫氮濾池生物填料采用復(fù)式生物填料，生物化學(xué)穩(wěn)定性好，抗腐蝕，表面粗糙，比表面積大，利于微生物固著生長(zhǎng)，生物量大，反硝化效率高達(dá)70%以上。系統(tǒng)全自動(dòng)運(yùn)行，操作、管理運(yùn)行及其簡(jiǎn)單，采用獨(dú)特的濾磚布水和氣搓排泥防堵塞技術(shù)，100%保證NSF 前置反硝化濾池?zé)o堵塞、無(wú)填料流失和磨損，終身免維護(hù)。影響生物反硝化的因素如下。

（1）溫度。反硝化反應(yīng)最適宜溫度范圍為20～40 ℃，低于15 ℃時(shí)反應(yīng)速率明顯下降，低于5 ℃時(shí)，反硝化速率較低。有研究表明，溫度對(duì)反硝化反應(yīng)速率的影響與反硝化系統(tǒng)的類型（生物懸浮生長(zhǎng)或固著生長(zhǎng)）、硝氮負(fù)荷等因素有關(guān)。為提高在低溫條件下的反硝化的反應(yīng)速率，可以采用降低負(fù)荷率、延長(zhǎng)污泥齡、加大水力停留時(shí)間等方法，工程經(jīng)驗(yàn)顯示受溫度影響，填料型固定反硝化系統(tǒng)的反應(yīng)速率比流化床和懸浮污泥小。

（2）pH 值。反硝化反應(yīng)最適宜pH 值為7.0～7.5，不適宜的pH 值將影響反硝化細(xì)菌群增值和活性。

（3）溶解氧。在反硝化反應(yīng)過(guò)程中，污水中的溶解氧對(duì)反硝化反應(yīng)起到抑制作用。經(jīng)驗(yàn)證明，正常情況下，為保證反硝化反應(yīng)正常進(jìn)行，溶解氧濃度需保持0.5 mg/L 以下。在缺氧狀態(tài)的反硝化濾池系統(tǒng)中，菌周圍的微生物環(huán)境的氧分壓與大環(huán)境中的氧分壓是不同的，生物膜對(duì)氧的傳遞形成一定阻力，因此濾池中溶解氧濃度略高于活性污泥也能完成較好的反硝化反應(yīng)。

（4）碳氮比。經(jīng)驗(yàn)證明，將1 g 硝酸鹽氮還原為氮?dú)庑枰?.86 g 碳源有機(jī)物（以BOD5 表示）。一般情況，反硝化反應(yīng)中污水BOD5/TKN 的值大于3～5 時(shí)，認(rèn)為碳源充足。

3 前置反硝化深床濾池工藝描述

NSF 前置反硝化濾池缺氧生物膜濃度約為20 000 mg/L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)活性污泥法濃度，水流方向?yàn)樯魇?，從下到上?jīng)過(guò)生物填料層，具有推流生物反應(yīng)器的特點(diǎn)，有利于將氮?dú)鈿馀蒡?qū)逐出池體，生物附著于填料表面并不斷更新，污泥不存在流失等問(wèn)題，泥齡也無(wú)限制等。

污水自前端斜板沉淀池經(jīng)重力流入NSF 前置反硝化濾池進(jìn)水渠，濾池采用升流式，污水自濾池進(jìn)水渠依靠重力，經(jīng)渠頂手動(dòng)閥門流入每格濾池配水渠，每格濾池含4 個(gè)配水渠，污水配水渠依靠重力自池底由下而上經(jīng)過(guò)生物填料層。處理后的出水經(jīng)池頂出水堰進(jìn)入下一級(jí)處理工藝。

濾料采用10～40 mm 球形卵石、火山巖復(fù)式生物介質(zhì)，濾床深度約3.0 m，濾床有足夠的水質(zhì)保護(hù)深度，避免水質(zhì)擊穿，能輕松應(yīng)對(duì)峰值流量或處理廠污泥膨脹等異常情況。當(dāng)反硝化濾池完全失去過(guò)濾水頭時(shí)，必須對(duì)濾池進(jìn)行反沖洗，反沖洗模擬人洗手搓擦模式，采用強(qiáng)力空氣和水進(jìn)行聯(lián)合反沖洗，高強(qiáng)度的空氣使濾床產(chǎn)生微膨脹，濾料相互搓擦，使截留的SS 全部剝離介質(zhì)，通過(guò)反沖洗水將SS 清理出濾池，清洗率達(dá)到100%。

原水中的有機(jī)物作為碳源，濾料表面附著生長(zhǎng)的反硝化細(xì)菌把硝酸氮轉(zhuǎn)換成氮?dú)馔瓿晌鬯拿摰磻?yīng)過(guò)程。工程經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)證明，如前端反應(yīng)較為完全，本工藝出水指標(biāo)可穩(wěn)定為TN≤5 mg/L。反硝化過(guò)程中，硝酸氮轉(zhuǎn)換為氮?dú)猓畲矠V池中會(huì)集聚些氮?dú)?，這些氮?dú)饫@竄在濾池中，可增強(qiáng)細(xì)菌與污水的接觸，進(jìn)而提高過(guò)濾效率。

反硝化深床濾池水流方向?yàn)樯魇?，自下而上?jīng)過(guò)填料層，附著在填料表面的細(xì)菌群不斷更新，從而不會(huì)造成大量氮?dú)饧?、污泥流失、污泥老化等?wèn)題。該工藝特點(diǎn):①反硝化效率高，具有較強(qiáng)的脫氮功能；②對(duì)水力負(fù)荷有較強(qiáng)的適應(yīng)性；③對(duì)SS的要求非常寬松；④負(fù)荷高，占地非常節(jié)??；⑤采用淹沒(méi)式水面進(jìn)水，解決了常規(guī)重力濾池高位反堰進(jìn)水充氧的弊端，避免了進(jìn)水溶解氧的升高，減少了反硝化碳源的消耗。

4 合肥某污水處理廠項(xiàng)目前置反硝化深床濾池設(shè)計(jì)參數(shù)

（1）設(shè)計(jì)水量。處理規(guī)模Q=50 000 m3/d；變化系數(shù)Kz=1.38。

（2）設(shè)計(jì)水質(zhì)。處理對(duì)象為合肥某污水處理廠及配套管網(wǎng)工程二級(jí)生化處理工藝出水，設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)一級(jí)B 標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)深度處理，出水要求符合一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)冬季最低進(jìn)水水溫≥12 ℃。

前置反硝化深床濾池設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)見(jiàn)表1。

（3）設(shè)計(jì)參數(shù)。①設(shè)計(jì)水量50 000 m3/d，變化系數(shù)K=1.38，平均設(shè)計(jì)流量2083 m3/h，最大設(shè)計(jì)流量2875 m3/h；②設(shè)計(jì)濾速。設(shè)計(jì)平均濾速Va=3.95 m/h，設(shè)計(jì)峰值濾速Vb=5.45 m/h，設(shè)計(jì)平均流量強(qiáng)制濾速Vc=4.94 m/h，設(shè)計(jì)峰值流量強(qiáng)制濾速Vd=6.81 m/h；③反沖洗風(fēng)機(jī)。反沖洗空氣強(qiáng)度為90 m3/（m2·h），為保證反沖洗強(qiáng)度不變，采用反沖洗羅茨鼓風(fēng)機(jī)。反沖洗風(fēng)量Qa=9505.44 m3/h，選用單臺(tái)羅茨風(fēng)機(jī)，風(fēng)量79 m3/min，風(fēng)壓70 kPa，共3 臺(tái)，2 用1備；④反沖洗水泵。反沖洗水強(qiáng)度為15 m3/（m2·h），反沖洗水量Qa=1584.24 m3/h，選用單臺(tái)水泵，流量1585 m3/h，揚(yáng)程10 m，共3臺(tái)，1 用1 備；⑤濾池反沖洗周期24～48 h；⑥濾池反沖洗采用氣水聯(lián)合反沖洗，步驟:進(jìn)行3～5 min 氣洗，10～15 min 氣水聯(lián)合反沖洗，3～5 min 清水漂洗。

表1 前置反硝化深床濾池設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)

5 合肥某污水處理廠項(xiàng)目前置反硝化深床濾池特點(diǎn)

該反硝化深床濾池采用污水專用的氣水分布?jí)K配水配氣工藝設(shè)計(jì)，具有很好的反沖洗均勻度，確保濾池在任何極端情況下，均具有良好的反沖洗效果。

5.1 專用型配水布?xì)庀到y(tǒng)

（1）該項(xiàng)目濾池工藝采用氣水分布濾磚技術(shù)，反沖洗時(shí)“二次布?xì)狻?，空氣與污水充分混合后，再?gòu)南噜彽臑V磚間隙中噴出，濾池內(nèi)的污水和空氣均勻分布；可實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)；安裝精度高、可以保證施工質(zhì)量；運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)堵塞、腐蝕和老化等現(xiàn)象；無(wú)易損易耗件、使用壽命長(zhǎng)，終身免維護(hù)。

（2）濾料。濾料采用10～40 mm 球形卵石、火山巖復(fù)式生物介質(zhì)，濾床深度約3.0 m。

5.2 處理水優(yōu)質(zhì)水質(zhì)

（1）缺氧環(huán)境和碳源有機(jī)物等條件滿足時(shí)，具有良好的去除NOX-N 功能。

（2）濾料粒徑為10～40 mm 球形卵石、火山巖復(fù)式生物介質(zhì)，濾床深度約3.0 m。粒徑較大，具有良好的物化過(guò)濾功能，對(duì)SS、濁度去除效果良好。

（3）由于SS 的去除，對(duì)生物合成的BOD、COD 有機(jī)物有一定去除效果。

5.3 獨(dú)特的工藝特征

（1）粗濾料、深濾床對(duì)反硝化工藝系統(tǒng)連續(xù)、穩(wěn)定、高效運(yùn)行提供了保證基礎(chǔ)。

（2）其反沖冼裝置、布?xì)庋b置、工藝等系統(tǒng)集成技術(shù)，可有效解決直接過(guò)濾和生物濾池生物膜脫落堵塞等濾池原有問(wèn)題。

（3）其驅(qū)除氮?dú)饧夹g(shù)，即釋氮循環(huán)技術(shù)，能有效解決污水過(guò)濾工藝中常見(jiàn)的“氣堵”問(wèn)題，適用于生物反硝化工藝最終產(chǎn)物——脫氮的工藝特點(diǎn)。

（4）集成化自動(dòng)控制系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)該反硝化工藝長(zhǎng)期、穩(wěn)定、可靠地連續(xù)運(yùn)行、氣水反沖、驅(qū)除氮?dú)獾裙δ堋?/p>

5.4 完整性、集成化的自動(dòng)化裝置

（1）有效簡(jiǎn)化人工操作，工藝過(guò)程控制簡(jiǎn)單。

（2）自動(dòng)化程度高，運(yùn)行管理方便簡(jiǎn)單。