广东省环境保护工程研究设计院有限公司 广东省广州市 510000
摘要:一般污水厂经二级常规生化处理工艺后，出水水质未能达到一级A排放标准，需增加深度处理工序，加强脱氮除磷等功能。反硝化生物滤池(DNBF)具有投资少、处理效率高、占地省、耗能较低且运行简单等特点，是具有推广应用前景的污水深度处理技术。
关键词：反硝化生物滤池、填料、化学除磷
引言：城镇人口扩张引起的生活污水排放量快速增长，以及农业化肥的普遍使用，使得废水排放量中的有机物含量显著提升，水环境呈现复合型污染的趋势。随着环保要求的逐步提高，很多生活污水处理厂尾水中TN、TP、SS出水浓度未能达到一级A排放标准，已有设施难以满足社会经济的动态发展，需要提标升级增加深度处理工艺。
反硝化生物滤池净水效果好、占地面积小、耗能较低且运行简单，具有推广应用前景。
（1）适用于污水处理厂在二级生化处理工艺后的扩建或改造。
（2）反硝化生物滤池的核心技术是新型滤料，该滤料的湿浸润颗粒密度略轻于水，降流过滤能够形成微膨胀滤床，而且孔隙率很高，故过滤水头损失小且增长缓慢，过滤周期长达5d～7d；该滤料的密度接近于水且为刚性，故反冲洗时滤料易于流化，要求气水冲洗强度小，不会出现滤料板结问题；该滤料粒径较大，可以同时采用气、水反冲洗，在楔形滤网下方不会导致滤料流失；该滤料表面多微孔，粗糙亲水，挂膜牢固，不受滤料冲洗方式的影响，反硝化效果稳定；该滤料呈不规则破碎状，有效增加了膨胀床滤料的过滤能力；故冲洗能耗远低于现有滤池，而且管理简单。
（3）布水单元采用无柄自净滤头和倾斜滤板，气冲洗采用膜孔式气冲洗曝气头，冲洗均匀性不受生物膜堵塞以及不均匀沉降等极端不利因素的影响，气水反冲洗均匀性好，长期稳定可靠。
（4）当进水水温低于12℃时，常规的深度处理工艺脱氮效果较差，到达10℃左右细菌将停止生长。但是，反硝化膨胀床滤池的最低设计进水温度能达到8℃，在珠三角地区，河流的地表水最低温度都在10℃以上，城市生活污水的温度又高于地表水，故采用除磷脱氮膨胀床生物滤池可以终年保证反硝化效果。
一、填料
填料作为反硝化生物滤池处理工艺的核心部分，目前使用较多的为石英砂、沸石、轻质陶粒、活性火山岩等。在填料材质的研究方面，以污水处理厂的二级生化出水作为实验水质，分别对石英砂与陶粒作为滤料进行反硝化滤池脱氮对比试验，研究表明陶粒滤池TN的去除率能达到90%以上，出水水质明显优于石英砂滤池出水水质。同时，对比陶粒滤池，石英砂滤池的运行周期仅为前者的1/2，反冲洗频率较为频繁，耗能相对较高。除了常规材质，Harold L.L等[1]以缺氧型地下流湿地作为研究对象，将碎木片作为填料填充于缺氧条件的湿地，考察其反硝化脱氮效果。试验结果表明，TN浓度降低趋势符合一级反应动力学特征，其20℃时反应动力参数为1.41～1.30d-1，说明碎木片可以回收利用作为填充材质，同时在反硝化反应中作为碳源。
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填料粒径对反硝化滤池脱氮效果也起着重要影响，Rebecca Moore等[2]分别对1.5～3.5mm与2.5～4.5mm两种不同尺寸粒径的填料进行反硝化生物滤池脱氮处理研究，试验结果表明小尺寸相比大尺寸的粒径填料脱氮效果更佳，但缺点是小尺寸粒径填料在较高水力负荷条件适应性较差。总体而言，小粒径的滤料具有较大表面积，更有利于反硝化细菌挂膜生长，在填料表面形成较为理想的流态和反应环境，脱氮效果相比较佳。但小粒径空隙较小，密度较大且不易清洗，水头损失较大，因此滤池正常工作周期较短，反冲洗频率较高且冲洗强大较大。
二、新型反硝化膨胀床生物滤池
该滤池采用漂浮陶粒水浸湿颗粒密度比水轻，运行时呈漂浮膨胀状态。降流式漂浮陶粒滤池不曝气，滤池为缺氧环境。滤池上部设置2mm不锈钢滤网板，下部设置滤板，漂浮陶粒放置在上下滤网板之间，正常运行时陶粒紧贴在上滤网下方。滤池底部布置膜孔气冲洗系统，采用气水联合冲洗方式，反冲洗方式简单且反冲洗强度低。降流式条件下截滤在顶部的杂质易通过气水上冲洗排出，截滤在陶粒上的SS气冲流化后与陶粒分离，可以通过上、下排水随水流从陶粒空隙中排出池外。
该滤池可以截留垃圾、SS但不会造成滤料堵塞。污水中油脂漂浮于顶层，随着上冲洗排出滤池，具有隔油作用。漂浮陶粒上的生物膜始终在缺氧条件下生长，主要预期是让其进行反硝化脱氮反应，同时去除COD、BOD、氨氮、总磷等污染物质。
三、化学强化除磷
一般生物除磷工艺需要在厌氧和好氧交替的环境中进行，即聚磷菌在厌氧环境释磷，在好氧环境下过量吸磷，从而达到去除磷的效果。反硝化生物滤池试验工艺没有污泥回流，单纯依靠工艺本身的除磷效果未能达到一级A出水总磷标准。另外，影响生物除磷的去除效果的因素包括厌氧区内硝酸盐与亚硝酸盐的浓度、温度、泥龄、碳源等，除磷稳定性差，因此需要增加化学强化除磷。
化学除磷是在水处理工艺中投加金属盐类等除磷药剂，例如PAC、硫酸铝等，形成不可溶性的磷酸盐或多聚磷酸盐等沉淀产物，通过沉淀或过滤分离等方法从污水中分离去除磷酸盐。化学除磷主要包含以下过程：1.混凝药剂的水解；2.混凝剂金属离子与污水中的磷酸根离子形成磷酸盐沉淀；3.水解形成的金属氢氧化物对不溶性磷酸盐沉淀的吸附；4.沉淀物的沉降、分离。
参考文献：
[1] LEVERENZ H L, HAUNSCHILD K, HOPES G, et al. Anoxic treatment wetlands for denitrification[J]. Ecological Engineering, 2010,36(11):1544-1551.
[2] MOORE R, QUARMBY J, STEPHENSON T. The effects of media size on the performance of biological aerated filters[J]. Water Research, 2001,35(10):2514.
论文作者:周文磊
论文发表刊物:《防护工程》2019年10期
论文发表时间:2019/8/19
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