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前言

反硝化濾池顧名思義，是一種具有反硝化脫氮功能的生物濾池，它是在傳統(tǒng)生物濾池的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。由于其具有較好的硝酸鹽去除效果，并且具有占地面積小，處理效率高，工程投資費用少等優(yōu)點[1]，因此在近年來的污水處理廠提標(biāo)改造中受到廣泛的關(guān)注，筆者將主要介紹反硝化濾池的污水處理原理，組成結(jié)構(gòu)，以及介紹幾種典型的反硝化濾池產(chǎn)品。

圖1-1 反硝化濾池

原理及關(guān)鍵因素

反硝化濾池工藝中進(jìn)行的脫氮反應(yīng)大部分是異氧反硝化細(xì)菌以有機(jī)碳源（常見常見的碳源如甲醇，醋酸和乙醇等）作為電子供體，以硝酸鹽或亞硝酸鹽作為電子受體的氧化還原過程。還有部分的自養(yǎng)反硝化細(xì)菌，以無機(jī)的碳（如CO₂、H₂CO₃等）作為碳源，以氫和鐵、硫等的化合物為電子供體[2]。

該過程是一個涉及多種酶和多種中間產(chǎn)物并伴隨著電子傳遞和能量產(chǎn)生的復(fù)雜生化反應(yīng)過程，該過程是涉及4種酶：即硝酸鹽還原酶、亞硝酸鹽還原酶、一氧化氮酶和一氧化二氮酶，它們分別參與硝酸鹽轉(zhuǎn)化的4步反應(yīng)：NO₃--N→NO₂--N→NO→N₂O→N₂（如圖2-1所示）[3]。

圖2-1 反硝化生物濾池脫氮原理[3]

參與反應(yīng)的酶類對反應(yīng)條件有一定的要求：pH（7~8）、溶解氧濃度（≤0.5mg/L）、水溫（20~35℃）、碳氮比（工程上一般要求≥5:1）等，因此就反硝化濾池而言，保證以上條件是保證脫氮效果的前提。在實際的現(xiàn)場工程中，污水廠對水溫以及pH的控制相對穩(wěn)定，但由于進(jìn)水水質(zhì)水量的變化導(dǎo)致進(jìn)水有機(jī)物含量不足，進(jìn)而使得濾池中的反硝化細(xì)菌得不到足夠的碳源，造成脫氮效率低下。

另外，所設(shè)計濾池的水力負(fù)荷，一般的水力負(fù)荷設(shè)計經(jīng)驗值為0.5~3m3﹒m-2﹒h-1左右[4]，水力負(fù)荷較低容易引起堵塞及沖洗維護(hù)困難等問題，水力負(fù)荷較高則會導(dǎo)致污水與生物膜的接觸時間不夠，反應(yīng)不充分也會造成脫單效率低下。

第三，沖洗頻率及強(qiáng)度，反硝化生物濾池屬于生物膜法，因此在一定的使用期限內(nèi)需要進(jìn)行沖洗，以恢復(fù)損失的水頭。同時將一部分老化脫落的生物膜排出整個濾池，促進(jìn)新的生物膜生成，就好比活性污泥法中要將剩余污泥排出系統(tǒng)一樣，因此反硝化生物濾池需要根據(jù)來水的水質(zhì)水量變化以及生物膜的生長情況，摸索出合適的沖洗頻率和沖洗強(qiáng)度。

結(jié)構(gòu)組成

反硝化濾池筆者根據(jù)水力流態(tài)分為上流式和下流式兩種形態(tài)。上流式的反硝化濾池形態(tài)和傳統(tǒng)的生物濾池的結(jié)構(gòu)較為類似，污水從下部往上部流動，濾池從下往上分為配水層、承托層、填料層、清水層。下流式的反硝化濾池形態(tài)和V型濾池結(jié)構(gòu)較為類似，污水從濾池上部配水槽進(jìn)入濾料區(qū)，濾池從上往下分為配水區(qū)、填料區(qū)、承托層、出水收集區(qū)。

圖3-1 反硝化濾池結(jié)構(gòu)

與曝氣生物濾池相比，反硝化濾池?zé)o需在濾池中增加曝氣設(shè)備，僅設(shè)計用于氣洗聯(lián)合沖洗的反沖設(shè)備。為了保證反硝化濾池的正常運行，常常配備有氣水聯(lián)合反沖洗設(shè)備。

濾池承托層一般由濾板、濾頭（如下圖）、承托層濾料組成，反沖洗系統(tǒng)（沖洗水管、沖洗氣管）也在承托層的濾板下布置新型的濾池主要將濾頭優(yōu)化為方便布水布?xì)獾男滦蜑V磚，優(yōu)化了氣水分配，如圖3-2。

圖3-2 配水濾頭和配水濾磚

濾料也從普通的鵝卵石、礫石等轉(zhuǎn)變?yōu)樘樟?、無煙煤、火山石以及高分子惰性載體這類比表面積大，截污能力強(qiáng)的載體材料，如圖3-3。上流濾池沖洗方向和進(jìn)水水流方向是同向的，因此在濾池的出水區(qū)常常會有一個沖洗廢水收集池/槽，沖洗完的廢水回流至進(jìn)水配水區(qū)。

圖3-3 濾池的幾種濾料

相關(guān)的應(yīng)用進(jìn)展及產(chǎn)品介紹

目前反硝化濾池因為其占地較少，兼具SS去除的功能，因此多被設(shè)計在二級生物處理后端，作為深度去除脫氮（后置反硝化）、SS去除的強(qiáng)化工藝。也有部分處理水量較小的水廠，將反硝化濾池設(shè)計在二級生物處理段和硝化濾池串聯(lián)使用（前置反硝化）。

反硝化濾池用于后置反硝化處理在歐美等使用已有20~30年的應(yīng)用經(jīng)驗，對于深度脫氮而言更是實現(xiàn)了出水技術(shù)極限（LOT）。知名廠商的反硝化深床濾池，就是一種典型的下流式后置反硝化深度脫氮濾池，濾料選用固定型濾料，根據(jù)實際需要其濾磚、濾板和濾料可根據(jù)應(yīng)用水廠（污水廠或者自來水廠）靈活選擇：對于自來水廠，濾料為主要以石英砂為主，因此承托層采用二次配水濾磚+濾板的形式；對于污水處理廠，濾料從下往上為礫石、鵝卵石和石英砂填料，粒徑從大變小，層級變化，因而承托層采用過水孔隙較大的二次配水濾磚。

其采用了上流式的過濾結(jié)構(gòu)，與其他的反硝化濾池不同的是，其采用了懸浮填料而非傳統(tǒng)的固定填料，這類填料呈球形結(jié)構(gòu)，可在污水中漂浮，增加了與污水的接觸；第二，濾池的濾板結(jié)構(gòu)的變化，除了配水區(qū)上部用于承托濾料的濾板外，在出水區(qū)也增加了濾板結(jié)構(gòu)，濾板上均勻分布了濾頭，這樣在保證脫氮的情況下，也進(jìn)一步提高了出水SS的去除；第三，反沖洗直接采用重力流沖洗，省去了反沖洗的設(shè)備及管道布置，節(jié)省了能耗，此類濾池既可以用于前置反硝化也可以用于后置反硝化。

相比較于歐美，國內(nèi)對反硝化深床濾池的引進(jìn)和使用相對較晚，但也不乏優(yōu)秀的公司，比如研發(fā)的反硝化濾池，采用的是升流式濾池，在傳統(tǒng)曝氣生物濾池（BAF）的基礎(chǔ)上改進(jìn)，濾料采用陶粒，核心部件是其自主研發(fā)的配水濾頭，很好的解決了原有濾池堵塞及配水配氣等問題。這類濾池多用于和傳統(tǒng)BAF串聯(lián)使用，是一類前置反硝化濾池。又如上海奧德水處理有限公司設(shè)計開發(fā)的一種低充氧反硝化脫氮濾池系統(tǒng)，是一種下流式的反硝化濾池，配水區(qū)由濾池上部兩側(cè)的配水槽進(jìn)水，污水從上往下透過濾床，完成過濾和深度脫氮，最后在通過濾池下部的集水槽收集排放，適用于后置反硝化。