反硝化深床滤池运行、设计、原理详细介绍

反硝化深床滤池是集生物脱氮及过滤功能合二为一的处理单元，是业界认可度较高的脱氮及过滤并举的先进处理工艺。1969年世界上第一个反硝化滤池诞生。近40年来反硝化滤池在全世界有数百个系统在正常运行。

滤料采用2～3mm石英砂介质，滤床深度通常为1.83m，滤池可保证出水SS低于5mg/L以下。绝大多数滤池表层很容易堵塞或板结，很快失去水头，而独特的均质石英砂允许固体杂质透过滤床的表层，深入滤池的滤料中，达到整个滤池纵深截留固体物的优异效果。

絮凝沉淀：絮凝沉淀分为两个部分即絮凝+斜管沉淀。

絮凝：以PAC作为混凝剂，溶解后形成高电荷的聚合环链体，进入污水形成大量的正电荷团吸附水中的负电荷杂质，对水中胶体和颗粒物具有高度电中和及桥联作用，在水中与胶体颗粒所带的负电荷瞬间中和作用，使杂质生成矾花而沉淀。同时以PAM阴离子作为助凝剂，利用其高分子特点，分子链固定在不同的颗粒表面上，形成絮体加速沉降。

斜管沉淀：斜管沉淀是在沉淀池体上方按装倾角60度的蜂窝斜管。水中絮体等悬浮杂质在斜管中进行沉淀，水沿斜管上升流动，分离出的泥渣在重力作用下沿着斜管向下滑至池底，利用扫角刮泥机将沉泥刮入集泥斗。由排泥管排入污泥池另行处理或综合利用。上清液逐渐上升至集水管排出。

反硝化深床滤池：将反硝化与深床过滤功能有机结合在一起，是集生物脱氮及过滤功能合二为一为两个部分即反硝化+过滤。

反硝化：反硝化指硝酸氮和亚硝酸氮在反硝化菌的作用下,被还原为气态氮的过程.

反硝化过程需在缺氧条件下进行,并需要有机碳源作为电子供体完成脱氮过程。

过滤：采用石英砂截留过滤水中悬浮物及杂质。

水中的氮主要以氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮和有机氮几种形式存在。有机氮通过氧化和微生物活动可转化为氨氮，氨氮在好氧情况下又可被硝化细菌氧化成亚硝酸盐氮和硝酸盐氮。亚硝酸盐氮是氨硝化过程的中间产物，水中亚硝酸盐含量高，说明有机物的无机化过程尚未完成，污染危害仍然存在。硝酸盐氮是含氮有机物氧化分解的最终产物。

无论在深床滤池模式还是在反硝化深床滤池运行模式，滤池均需反冲洗，将截留和生成的固体排出。

反冲洗流程通常需要三个阶段：①气洗；②气水联合反洗；③水洗或漂洗。

反硝化深床滤池结构简单，安装方便，滤池内无活动部件，滤料无流失，终身无需维护。

主要组件如下：

A. 滤料

硬硅质砂，圆形尺寸范围2-3mm

B. 砾层

圆形硬硅质砂尺寸范围3-40mm

C. 滤砖

提供超强的反冲洗气水分配性能

D. 进气管

当需要进气管配置时，不锈钢的进气管能够提供均匀的反冲洗气分配

E. 堰板

使滤池与反冲洗水槽分开，为进水和反冲洗出水的均匀分配提供条件

F. 控制系统

专为控制滤池的各种设备而开发的控制系统。

G. 阀门

自动和手动的阀门控制水和空气的进出

H. 碳源存储和供给系统

通常设计为乙酸钠或乙酸，根据进入滤池的硝酸氮量来控制碳源投加量

I. 反冲洗泵

为滤池提供反冲洗水，用于反冲洗滤料和驱氮。

J. 鼓风机

为滤池提供反冲洗空气来源，用于反冲洗滤料。

反硝化深床滤池结构简单实用，集多种污染物去除功能于一个处理单元，包括对悬浮物、TN和TP均有相当好的去除效果。现有的运行经验表明，在无需化学加药除磷的情况下，可以满足出水水质BOD<5mg/L，SS<5mg/L，TN<3mg/L，TP<1mg/L。在进行化学除磷的情况下，出水TP<0.3mg/L。

深床过滤是使液体通过有某种颗粒或可压缩滤料组成的滤床去除悬浮于液体中的颗粒物质，普遍用于污水处理二级处理工艺出水的过滤。目前，深床过滤用于生物或化学出水中悬浮物的去除以减少固体物质排放量，更重要的作用是可以作为一个调节过程用于加强滤后水的消毒效果。

深床过滤主要通过以下五种主要机理去除悬浮物质：

a) 隔滤

包括机械隔滤和偶然接触过滤。粒径大于滤料孔隙的颗粒通过机械的拦截被去除为机械隔滤；粒径小于滤料孔隙的颗粒由于偶然接触被捕获在滤料内为偶然接触过滤。隔滤是具有可操作性的悬浮物主要去除机理。

b) 沉淀或碰撞

沉淀，颗粒沉积在过滤器的滤料上；碰撞，重质颗粒不沿水流方向流动。

c) 截留

许多沿水流方向运动的颗粒与滤料表面接触时被捕获。

d) 黏附

当颗粒通过滤料时，它们就会黏附于滤料表面。由于水流的冲击，有些颗粒在尚未牢固地附着于滤料表面之前就被水流冲走，进入滤床深部。当滤床逐渐堵塞后，表面剪力则开始增大，使滤床再也不能去除任何悬浮固体。一些悬浮颗粒可能会穿透滤床，使过滤器出水浊度突然升高。

e) 絮凝

在滤料空隙内可能会发生絮凝作用，通过过滤器内部的速度梯度形成更大的颗粒，再通过上述几种机理的作用而去除。

f) 脱附

作为上述机理的结果，被已经沉积的颗粒物包裹着的滤料表面之间的间隙变小。流速升高，滤层阻力升高。被截留的沉积物可能脱附并被带到滤料的深层，甚至可能透过滤层。在滤层失效之前，需要对滤池进行有效的反冲洗，恢复滤层的过滤性能。

将硝酸盐和亚硝酸盐还原成氮气的生化反应成为反硝化反应。能够进行反硝化反应的细菌成为反硝化细菌。反硝化作用是反硝化细菌的厌氧呼吸过程，硝酸盐是电子受体，氮气是代谢产物，要完成这一厌氧过程，还必须提供电子供体——有机物。

反硝化过程为一多步反应。

反硝化细菌是异养兼性厌氧菌，能够利用氧或硝酸盐作为最终电子受体。当氧受限制时，反硝化细菌以硝酸盐和亚硝酸盐中的N5+和N3+作为能量代谢中的电子受体进行厌氧呼吸（被还原），O2-作为受氢体生成H20和OH-碱度，有机物作为碳源及电子提供体提供能量并得到稳定。

如果污水中碳源有机物不足，应补充投加易于生物降解的碳源有机物，如甲醇、乙酸、乙酸钠等。此时，同时考虑同化异化两个代谢过程的反硝化反应可用下式表示：

由上式可计算，每还原1g NO2-N和1g NO3-N为N2时，分别需要甲醇1.53g和2.47g。考虑到污水中的溶解氧，为使反硝化过程进行完全需要投加甲醇量CM为：

上式计算甲醇消耗量偏于保守，因为反硝化深床滤池进水中仍有剩余BOD，根据工程实际经验，甲醇与NO3-N比值可取3.0。

基于上述反硝化机理，反硝化深床滤池在缺氧环境下，通过附着在滤料上的反硝化菌，利用碳源作为电子供体，将硝酸盐或亚硝酸盐还原成氮气（N2）释放，完成反硝化脱氮过程。

化学除磷是通过“微絮凝过滤”来完成的。通过向污水中投加无机金属盐药剂与污水中溶解性的盐类，与磷酸盐混合后，形成颗粒状、非溶解性的物质，反应方程举例如下式。

“微絮凝过滤”除磷可以简单地理解为：水中溶解状的磷（离子状态），通过投加除磷絮凝剂转换为非溶解、颗粒状形式的过程，再通过过滤，以悬浮物的形式将磷去除掉。

为了生成非溶解性的磷酸盐化合物，用于化学除磷的化学药剂主要是金属盐药剂和氢氧化钙。许多高价金属离子药剂投加到污水中后都会与污水中的溶解性磷离子结合生成难溶解性的化合物，但出于经济原因考虑，用于磷沉析的金属盐药剂主要是Fe3+盐、Fe2+盐和Al3+盐，这些药剂是以溶液和悬浮液状态使用的。

污水化学除磷中常用的药剂类型如下：

表1    化学除磷中常用的药剂