论文部分内容阅读
[摘 要]反硝化深床滤池是将过滤和生物脱氮功能合二为一的处理单元，一池多用，具有占地面积小、出水水质好、产泥量少，且自动化操作性强等特点。本文阐述了反硝化深床滤池的工艺机理和特点，以及滤料、挂膜与启动、碳源投加控制系统等方面内容，展望了反硝化深床滤池的发展趋势。
[关键词]反硝化深床滤池；深度处理；市政污水
中图分类号：X703.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）31-0170-01
1 前言
近年来，随着政府及环保部门对水污染控制的日益重视，部分沿海地区市政污水处理厂出水需提标至地表水准Ⅳ类标准，因此许多深度处理工艺应运而生。我国大多数的市政污水处理厂采用A/O、A2/O等活性污泥法处理污水。但存在碳源不足导致脱氮效果差、出水NO3--N浓度高、COD和NH4+-N浓度不稳定等问题。
市政污水处理厂二级出水含有一定的氮和磷，随着排放量的增加，大量硝酸盐排入水体，对饮用水水源造成严重污染，造成水体的富营养化。传统的深度处理工艺对磷有较高的去除率，但对二级出水中硝酸盐氮浓度的去除或降低无能为力，导致TN的去除率很有限。反硝化深床滤池作为一种新型污水处理技术，已成为市政污水深度处理领域研究和应用的热点。
2 反硝化深床滤池简介
反硝化深床滤池实质上是一种填充式的固定膜反应器。它是与给水过滤相结合的一种生物膜法废水处理工艺，属于生物过滤技术。细菌和其它微生物以一层薄膜生长在固体介质上，当流体在固体滤料上流过时，利用滤料的拦截和滤料上生物膜的生物降解双重作用来将污染物加以去除。
2.1 系统组成
反硝化深床滤池系统组成如下：
滤料：均质石英砂，圆形尺寸范围为1.7-3.3mm。撑托填层：由五种规格的砾石交叉层分布，尺寸范围为3-19mm。滤砖：“T”型气水分布滤砖，提供超强的反冲洗气水分配性能。反洗气管：当滤池需气洗时，反洗进气管提供均匀的反冲洗气分配。进水堰板：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。控制系统：PLC可编程控制器，人机对话多界面显示屏，可系统控制滤池内部所有运转设备。阀门：手动和自动阀门控制水和气的进出。碳源存储和供给系统：一般为乙酸钠，根据进入滤池的硝酸氮量来控制碳源投加量。反洗水泵：为滤池滤料的反冲洗和氮气释放系统提供反冲洗水。反洗风机：由罗茨鼓风机按设定的风量，通过整个滤池底盘输入反冲洗空气。其它设备：现场仪表、阀门、管道和驱氮系统等。
2.2 工艺机理
反硝化过程是多种酶和中间产物伴随着电子传递和能量产生的生化反应过程，是以有机碳源作为电子供体，以硝酸盐氮或亚硝酸盐氮作为电子受体的氧化还原过程，反硝化过程涉及四步生化还原反应，NO3—NNO2—NNO N2ON2。反硝化过程中硝酸盐和亚硝酸盐转化是通过反硝化细菌的同化作用和异化作用完成的。
参与反应的反硝化细菌在自然环境中非常普遍，反硝化细菌分为两大类。一类是只将硝酸盐转化为N2，包括无色杆菌属等；另一类是含有反硝化的全部酶系，能将硝酸盐还原为N2，包括生丝球菌属等。其中大多数是兼性细菌，有分子态氧存在时，反硝化细菌利用硝酸盐和亚硝酸盐中的N5+和作为能量代谢中的电子受体，O2-作为受氢体生成H2O和OH-，有机物作为碳源及电子供体提供能量并被氧化。
反硝化深床滤池的主要特点是其内部为缺氧环境，不需要独立的曝气系统，生物膜中的优势菌种为缺氧反硝化菌，反硝化菌最合适的生存温度为20-35℃。
3 研究进展
3.1 滤料的选择
滤料是反硝化深床滤池工艺的核心，常用的是石英砂、生物陶粒、沸石等。在滤池滤料的选择方面，如郑俊等以江苏宜兴污水處理厂的二级出水作为研究对象，对采用石英砂和陶粒作为滤料的下向流反硝化滤池进行中试试验，结果表明两种滤料对TN的去除率能达到90%以上。在滤料粒径的选择方面，Rebecca Moore等研究了尺寸范围分别为1.5～3.5mm和2.5～4.5mm滤料对滤池处理效果的影响，结果表明小尺寸滤料比大尺寸滤料更有利于脱氮，但不适用于较高水力负荷环境。小粒径滤料更有利于反硝化细菌挂膜，具有较好的脱氮效果。但小粒径会使运行周期变短，不易清洗，反冲洗水量大等缺点。所以在滤料的选择上应综合考虑滤料的种类、粒径等因素。
3.2 挂膜与启动
反硝化深床滤池的启动与一般生物膜法的启动方式一致。在反硝化深床滤池的挂膜启动方面，周碧波等研究了反硝化滤池的挂膜与启动过程，采用在设计流量下的自然挂膜方式，在投加碳源后25天挂膜成功，挂膜稳定后对TN的去除率较高。孙迎雪等对反硝化滤池采用活性污泥接种挂膜，14天后挂膜成功，挂膜稳定后对TN的去除率达到80%。相对自然挂膜而言，接种挂膜所需时间短，但自然挂膜所产生的生物膜更稳定，在碳源充足和温度适宜下，反硝化细菌繁殖较快。寻找经济、快速的启动方式对污水处理厂的实际运行有较大的参考价值。
3.3 碳源投加控制系统
碳源的精确投加直接影响运行费用和反硝化深床滤池的脱氮效果。若碳源投加量不够，则达不到反硝化预期效果；若投加过量，不但会增加系统的运行费用，还使出水COD指标过高。碳源的投加量除了与进、出水硝态氮浓度有关，还与反硝化深床滤池进水溶解氧有关。碳源投加采用前后反馈复合环路投加控制，通过换算，精确控制碳源投加，保证滤池反硝化效果的同时避免因碳源投加过量引起出水COD过高的风险。
4 反硝化深床滤池的工程实例
目前，反硝化深床滤池与其它工艺组成组合工艺，大多运用在出水达到一级A标的污水处理中，很少用于出水水质达到地表水准Ⅳ类标准的市政污水处理工程。部分国内应用反硝化深床滤池出水执行地表水准Ⅳ类标准工程实例如下：
温岭北城污水处理厂，处理规模：1.0×104，处理工艺：A2/O+二沉池+反硝化深床滤池+混凝反应沉淀池+超滤；温岭新河污水处理厂，处理规模1.6×104，处理工艺：A2/O+二沉池+反硝化深床滤池+混凝反应沉淀池+超滤；玉环市污水处理厂：处理规模6.0×104，处理工艺：氧化沟+二沉池+高效沉淀池+反硝化深床滤池+超滤。
5 总结
反硝化深床滤池作为目前新型的污水深度处理工艺，具有投资少、占地省、同时具有去除悬浮物、脱氮和除磷的复合型功能、处理效率高等特点，尤其是能有效解决市政污水处理厂二级出水因硝酸盐氮浓度过高而引起TN超标的难题。
根据目前反硝化深床滤池的研究和应用情况，后续研究的方向如下：开发高效廉价的无机轻质滤料；开发新型经济安全的碳源；研究反硝化深床滤池生物膜的特点和快速启动方式；开展反硝化作用微生物的分子生态学和分子生物学方面的研究，应用现代分子生物学技术，研究反硝化过程中微生物之间的相互关系和作用机制。
参考文献
[1] 张亮平.深床反硝化滤池在市政污水深度处理中的应用[J].净水技术，2015，34（5）：109-111.
[2] 谭新刚.改进的生物反硝化滤池在污水深度处理中的应用研究.哈尔滨：哈尔滨工业大学，2007.
[3] 周碧波，操家顺，徐哲明.反硝化生物滤池的挂膜与启动[J].环境科技，2009，22（3）：5-7.
[4] 孙迎雪，胡银翠，孙云祥，等.反硝化生物滤池深度脱氮机理[J].环境工程学报，2012，6（6）：1857-1862.
作者简介
张志文，男，汉族，1968年6月出生，籍贯浙江玉环，大学学历，工程师。
[关键词]反硝化深床滤池；深度处理；市政污水
中图分类号：X703.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）31-0170-01
1 前言
近年来，随着政府及环保部门对水污染控制的日益重视，部分沿海地区市政污水处理厂出水需提标至地表水准Ⅳ类标准，因此许多深度处理工艺应运而生。我国大多数的市政污水处理厂采用A/O、A2/O等活性污泥法处理污水。但存在碳源不足导致脱氮效果差、出水NO3--N浓度高、COD和NH4+-N浓度不稳定等问题。
市政污水处理厂二级出水含有一定的氮和磷，随着排放量的增加，大量硝酸盐排入水体，对饮用水水源造成严重污染，造成水体的富营养化。传统的深度处理工艺对磷有较高的去除率，但对二级出水中硝酸盐氮浓度的去除或降低无能为力，导致TN的去除率很有限。反硝化深床滤池作为一种新型污水处理技术，已成为市政污水深度处理领域研究和应用的热点。
2 反硝化深床滤池简介
反硝化深床滤池实质上是一种填充式的固定膜反应器。它是与给水过滤相结合的一种生物膜法废水处理工艺，属于生物过滤技术。细菌和其它微生物以一层薄膜生长在固体介质上，当流体在固体滤料上流过时，利用滤料的拦截和滤料上生物膜的生物降解双重作用来将污染物加以去除。
2.1 系统组成
反硝化深床滤池系统组成如下：
滤料：均质石英砂，圆形尺寸范围为1.7-3.3mm。撑托填层：由五种规格的砾石交叉层分布，尺寸范围为3-19mm。滤砖：“T”型气水分布滤砖，提供超强的反冲洗气水分配性能。反洗气管：当滤池需气洗时，反洗进气管提供均匀的反冲洗气分配。进水堰板：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。控制系统：PLC可编程控制器，人机对话多界面显示屏，可系统控制滤池内部所有运转设备。阀门：手动和自动阀门控制水和气的进出。碳源存储和供给系统：一般为乙酸钠，根据进入滤池的硝酸氮量来控制碳源投加量。反洗水泵：为滤池滤料的反冲洗和氮气释放系统提供反冲洗水。反洗风机：由罗茨鼓风机按设定的风量，通过整个滤池底盘输入反冲洗空气。其它设备：现场仪表、阀门、管道和驱氮系统等。
2.2 工艺机理
反硝化过程是多种酶和中间产物伴随着电子传递和能量产生的生化反应过程，是以有机碳源作为电子供体，以硝酸盐氮或亚硝酸盐氮作为电子受体的氧化还原过程，反硝化过程涉及四步生化还原反应，NO3—NNO2—NNO N2ON2。反硝化过程中硝酸盐和亚硝酸盐转化是通过反硝化细菌的同化作用和异化作用完成的。
参与反应的反硝化细菌在自然环境中非常普遍，反硝化细菌分为两大类。一类是只将硝酸盐转化为N2，包括无色杆菌属等；另一类是含有反硝化的全部酶系，能将硝酸盐还原为N2，包括生丝球菌属等。其中大多数是兼性细菌，有分子态氧存在时，反硝化细菌利用硝酸盐和亚硝酸盐中的N5+和作为能量代谢中的电子受体，O2-作为受氢体生成H2O和OH-，有机物作为碳源及电子供体提供能量并被氧化。
反硝化深床滤池的主要特点是其内部为缺氧环境，不需要独立的曝气系统，生物膜中的优势菌种为缺氧反硝化菌，反硝化菌最合适的生存温度为20-35℃。
3 研究进展
3.1 滤料的选择
滤料是反硝化深床滤池工艺的核心，常用的是石英砂、生物陶粒、沸石等。在滤池滤料的选择方面，如郑俊等以江苏宜兴污水處理厂的二级出水作为研究对象，对采用石英砂和陶粒作为滤料的下向流反硝化滤池进行中试试验，结果表明两种滤料对TN的去除率能达到90%以上。在滤料粒径的选择方面，Rebecca Moore等研究了尺寸范围分别为1.5～3.5mm和2.5～4.5mm滤料对滤池处理效果的影响，结果表明小尺寸滤料比大尺寸滤料更有利于脱氮，但不适用于较高水力负荷环境。小粒径滤料更有利于反硝化细菌挂膜，具有较好的脱氮效果。但小粒径会使运行周期变短，不易清洗，反冲洗水量大等缺点。所以在滤料的选择上应综合考虑滤料的种类、粒径等因素。
3.2 挂膜与启动
反硝化深床滤池的启动与一般生物膜法的启动方式一致。在反硝化深床滤池的挂膜启动方面，周碧波等研究了反硝化滤池的挂膜与启动过程，采用在设计流量下的自然挂膜方式，在投加碳源后25天挂膜成功，挂膜稳定后对TN的去除率较高。孙迎雪等对反硝化滤池采用活性污泥接种挂膜，14天后挂膜成功，挂膜稳定后对TN的去除率达到80%。相对自然挂膜而言，接种挂膜所需时间短，但自然挂膜所产生的生物膜更稳定，在碳源充足和温度适宜下，反硝化细菌繁殖较快。寻找经济、快速的启动方式对污水处理厂的实际运行有较大的参考价值。
3.3 碳源投加控制系统
碳源的精确投加直接影响运行费用和反硝化深床滤池的脱氮效果。若碳源投加量不够，则达不到反硝化预期效果；若投加过量，不但会增加系统的运行费用，还使出水COD指标过高。碳源的投加量除了与进、出水硝态氮浓度有关，还与反硝化深床滤池进水溶解氧有关。碳源投加采用前后反馈复合环路投加控制，通过换算，精确控制碳源投加，保证滤池反硝化效果的同时避免因碳源投加过量引起出水COD过高的风险。
4 反硝化深床滤池的工程实例
目前，反硝化深床滤池与其它工艺组成组合工艺，大多运用在出水达到一级A标的污水处理中，很少用于出水水质达到地表水准Ⅳ类标准的市政污水处理工程。部分国内应用反硝化深床滤池出水执行地表水准Ⅳ类标准工程实例如下：
温岭北城污水处理厂，处理规模：1.0×104，处理工艺：A2/O+二沉池+反硝化深床滤池+混凝反应沉淀池+超滤；温岭新河污水处理厂，处理规模1.6×104，处理工艺：A2/O+二沉池+反硝化深床滤池+混凝反应沉淀池+超滤；玉环市污水处理厂：处理规模6.0×104，处理工艺：氧化沟+二沉池+高效沉淀池+反硝化深床滤池+超滤。
5 总结
反硝化深床滤池作为目前新型的污水深度处理工艺，具有投资少、占地省、同时具有去除悬浮物、脱氮和除磷的复合型功能、处理效率高等特点，尤其是能有效解决市政污水处理厂二级出水因硝酸盐氮浓度过高而引起TN超标的难题。
根据目前反硝化深床滤池的研究和应用情况，后续研究的方向如下：开发高效廉价的无机轻质滤料；开发新型经济安全的碳源；研究反硝化深床滤池生物膜的特点和快速启动方式；开展反硝化作用微生物的分子生态学和分子生物学方面的研究，应用现代分子生物学技术，研究反硝化过程中微生物之间的相互关系和作用机制。
参考文献
[1] 张亮平.深床反硝化滤池在市政污水深度处理中的应用[J].净水技术，2015，34（5）：109-111.
[2] 谭新刚.改进的生物反硝化滤池在污水深度处理中的应用研究.哈尔滨：哈尔滨工业大学，2007.
[3] 周碧波，操家顺，徐哲明.反硝化生物滤池的挂膜与启动[J].环境科技，2009，22（3）：5-7.
[4] 孙迎雪，胡银翠，孙云祥，等.反硝化生物滤池深度脱氮机理[J].环境工程学报，2012，6（6）：1857-1862.
作者简介
张志文，男，汉族，1968年6月出生，籍贯浙江玉环，大学学历，工程师。